EFEK JUMLAH MASSA DAN LAJU ALIRAN AIR ...Tabel Sifat Air, dan Uap Jenuh..... 56 Lampiran 3. Tabel...

EFEK JUMLAH MASSA DAN LAJU ALIRAN AIR TERHADAP

UNJUK KERJA DISTILASI AIR ENERGI SURYA

TUGAS AKHIR

HALAMAN JUDUL

Diajukan Sebagai Salah Satu Persyaratan

Guna Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Disusun oleh :

DIMAS HANUNG PAMUNGKAS

NIM : 165214075

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2019

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

THE EFFECT OF TOTAL MASS AND FLOW RATE OF WATER ON

THE PERFORMANCE OF SOLAR STILL

FINAL PROJECT

HALAMAN JUDUL

Presented As Partial Fulfillment of the Requirement

To Obtain the Engineering Degree

In Mechanical Engineering

Arranged by :

DIMAS HANUNG PAMUNGKAS

Student Number : 165214075

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2019


iii


iv


v

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir

dengan judul :



dibuat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Strata 1, Program

Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

Sejauh yang saya ketahui, penelitian ini bukan merupakan tiruan dari tugas akhir

maupun penelitian yang sudah dipublikasikan di Universitas Sanata Dharma atau

di Perguruan Tinggi manapun, kecuali bagian informasi yang dicantumkan dalam

Daftar Pustaka sebagaimana layaknya karya ilmiah.

Yogyakarta, 4 November 2019

Penulis

Dimas Hanung Pamungkas

165214075


vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata

Dharma :

Nama : Dimas Hanung Pamungkas

Nomor Mahasiswa : 165214075

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada

perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah dengan judul :



Dengan demikian, saya memberikan hak kepada Perpustakaan Universitas

Sanata Dharma untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain,

mengelola dalam bentuk pangkalan data, mempublikasikan di internet atau media

lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta izin kepada saya selama

masih mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.


Penulis

Dimas Hanung Pamungkas

165214075


vii

ABSTRAK

Air sebagai kebutuhan pokok manusia, harus berada dalam kondisi yang bersih

agar layak dikonsumsi. Akan tetapi, kondisi air yang ada sekarang ini telah

tercemari zat-zat atau bahan lain yang menyebabkan kualitas air menurun. Salah

satu cara untuk mendapatkan air yang layak untuk dikonsumsi dari air yang

terkontaminasi adalah dengan distilasi air energi surya. Jenis distilasi air energi

surya yang umum digunakan adalah jenis absorber bak, dan jenis absorber kain.

Keunggulan alat distilasi air energi surya jenis absorber bak yaitu tidak adanya

kerugian energi panas yang keluar dari alat distilasi. Namun, nilai efisiensi dari

jenis tersebut merupakan yang terendah dibandingkan jenis distilasi konvensional

lainnya. Sementara itu, alat distilasi air jenis absorber kain memiliki nilai efisiensi

yang lebih tinggi. Akan tetapi, terdapat kerugian energi panas berupa air panas

yang tidak menguap yang keluar dari alat distilasi. Penelitian ini bertujuan untuk

meningkatkan efisiensi distilasi air energi surya dengan mengkombinasikan

keunggulan serta meminimalisasikan kekurangan dari kedua jenis alat distilasi air

energi surya tersebut. Penelitian ini menggunakan metode eksperimental dengan

membuat model distilasi air energi surya jenis absorber kain bersekat. Sekat

terbuat dari alumunium berjumlah 6 buah yang dipasang pada jarak, dan posisi

yang sama sepanjang luasan absorber. Luas absorber yaitu 0,40 m2 dengan

kemiringan 15°. Variabel yang divariasikan dalam penelitian ini adalah (1) jumlah

massa air yang tertampung pada tiap sekat, dan (2) laju aliran air masukan. Untuk

mengetahui efek jumlah massa air total terhadap unjuk kerja alat distilasi,

diberikan variasi massa air total di tiap sekat sebesar 100 ml, 150 ml, dan 300 ml.

Sementara untuk mengetahui efek laju aliran air masukan terhadap unjuk kerja

alat distilasi, dilakukan variasi dengan laju aliran sebesar 0,3 l/jam, 0,45 l/jam,

dan 0,90 l/jam. Berdasarkan penelitian yang dilakukan, hasil terbaik diperoleh

pada variasi tanpa aliran masukan dengan volume air yang ditampung pada tiap

sekat sebesar 100 ml. Variasi tersebut menghasilkan air distilasi sebesar

0,43 l/(jam.m2) dengan efisiensi 67,68%. Sedangkan untuk variasi dengan adanya

aliran masukan, hasil terbaik diperoleh pada laju aliran sebesar 0,3 l/jam, dan air

dikeluarkan melalui sekat terakhir. Variasi tersebut menghasilkan air distilasi

sebesar 0,36 l/(jam.m2) dengan efisiensi 56,68%.

Kata kunci : absorber kain bersekat, jumlah massa air, laju aliran, efisiensi.


viii

ABSTRACT

Water as a basic necessity for a human must be in a clean condition so that it is

suitable for consumption. However, the existing water conditions have been

contaminated with substances or other materials which have caused water quality

to decline. One way to get water that is suitable for consumption from

contaminated water is by water distillation using solar energy (solar still). The

type of solar still that is widely used is basin type absorber, and wick type

absorber. The advantage of the basin type is that there is no loss of energy coming

out of the solar still. However, the efficiency of this type is the lowest compared

to other types of conventional solar still. Meanwhile, the water distillation of the

wick type has a greater value of efficiency. However, there is a loss of heat energy

from the water that does not evaporate that coming out of the solar still. This

study aims to improve the efficiency of solar still by combining excellence and

minimizing the deficiencies of both types of solar still. This study uses an

experimental method by making a model of wick-covered partition solar still. The

partition made of aluminum consists of 6 pieces which are installed at the same

distance, and the same position throughout the absorber. The area of the absorber

is 0.40 m2 with a slope of 15°. The variables varied in this study are (1) the total

mass of water stored in each partition, and (2) the flow rate of input water. To

determine the effect of the total mass of water on the performance of the solar

still, the variation of total mass of water in each partition was 100 ml, 150 ml, and

300 ml. While to determine the effect of the flow rate on the performance of the

solar still, variations were carried out with a flow rate of 0.3 l/hour, 0.45 l/hour,

and 0.90 l/hour. Based on the research conducted, the best results were obtained in

variations without inflow water with the volume of water accommodated in each

partition of 100 ml. The variation produces distillation water of 0.43 l/(hour.m2)

with an efficiency of 67.68%. As for the variation with the inflow water, the best

results are obtained at a flow rate of 0.3 l/hour, and water is removed through the

last partition. The variation produces distillation water of 0.36 l/(hour.m2) with an

efficiency of 56.68%.

Keywords : wick-covered partition, total mass of water, flow rate, efficiency.


ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur ke hadirat Tuhan Yang Mahe Esa, atas berkat, dan kasih yang

telah Ia berikan sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian, dan

penulisan naskah Skripsi yang berjudul “Efek Jumlah Massa dan Laju

Aliran Air Terhadap Unjuk Kerja Distilasi Air Energi Surya”.

Penyusunan skripsi ini dilakukan untuk memenuhi salah satu syarat bagi

mahasiswa untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik

Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Dalam

penyusunannya sendiri, penulis telah melakukan serangkaian penelitian di

lapangan maupun di dalam laboratorium. Pada akhirnya, penyusunan naskah

skripsi ini dapat terselesaikan berkat kasih Tuhan, dan bantuan dari berbagai

pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Sudi Mungkasi, Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi.

2. Bapak Budi Setyahandana, M.T., selaku Ketua Program Studi

Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata

Dharma

3. Bapak Ir. P. K. Purwadi, M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik

yang telah banyak memberikan bimbingan, dan dukungan kepada

penulis.

4. Bapak Ir. F. A. Rusdi Sambada, M.T., selaku dosen pembimbing

yang dengan penuh kesabaran telah meluangkan waktu, memberikan

bimbingan, tenaga, masukan, dan dukungan kepada penulis,

sehingga penulis dapat menyelesaikan naskah skripsi ini.

5. Bapak (Khamami), dan Ibu (Lucia Purwanjaniati) yang telah

mendukung penulis dengan memberikan perhatian, dan doa.

6. Hanindhiar Ika Pratiwi, dan Irnanda Arif Dharmawan serta seluruh

sanak saudara penulis yang dengan penuh perhatian memberikan

perhatian, semangat, dan dukungan kepada penulis.


x

7. Maria Scholastica Pangastuti yang telah memberikan semangat, dan

banyak dukungan kepada penulis.

8. Sahabat penulis : Winih Arga, Wahyu Setyaji, Chandrin Abhinanda,

Albertus Satrio, sebagai teman seperjuangan selama proses

pembuatan alat, dan pengambilan data.

9. Segenap keluarga besar Teknik Mesin yang tidak bisa penulis

sebutkan satu per satu.

10. Segenap dosen, dan laboran Teknik Mesin, Fakultas Sains dan

Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, yang telah

membagikan pengalaman, dan ilmu yang berharga selama

perkuliahan.

11. Staff karyawan Sekertariat Teknik Mesin Fakultas Sains dan

Teknologi yang telah membantu memudahkan proses administrasi,

dan kesuksesan penulis.

12. Seluruh pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, yang

telah memberikan dukungan baik secara langsung maupun tidak

langsung kepada penulis.

Penulis sadar masih banyak kekurangan dalam penulisan skripsi ini. Oleh

karena itu, penulis sangat mengharapkan saran, dan kritik untuk

kesempurnaan naskah ini. Semoga naskah ini dapat menambah informasi

pembaca, dan membawa kemajuan di bidang teknologi.


Penulis


xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .............................................................................................. i

HALAMAN JUDUL ............................................................................................. ii

LEMBAR PERSETUJUAN .................................... Error! Bookmark not defined.

LEMBAR PENGESAHAN ..................................... Error! Bookmark not defined.

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ............................... v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ............................ vi

ABSTRAK ........................................................................................................... vii

ABSTRACT ........................................................................................................ viii

KATA PENGANTAR .......................................................................................... ix

DAFTAR ISI ......................................................................................................... xi

DAFTAR TABEL .............................................................................................. xiii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xv

BAB I. PENDAHULUAN ..................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1

1.2 Identifikasi Masalah ................................................................................. 3

1.3 Rumusan Masalah .................................................................................... 3

1.4 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 3

1.5 Batasan Masalah ....................................................................................... 4

1.6 Manfaat Penelitian .................................................................................... 4

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................... 5

2.1 Penelitian yang Pernah Dilakukan............................................................ 5

2.2 Landasan Teori ......................................................................................... 6

2.3 Kerangka Penelitian ............................................................................... 12

2.4 Hipotesis ................................................................................................. 14

BAB III. METODE PENELITIAN ................................................................... 15

3.1 Alat Penelitian ........................................................................................ 15

3.2 Peralatan Pendukung Pengambilan Data ................................................ 17

3.3 Parameter yang Divariasikan .................................................................. 17

3.4 Langkah Analisis .................................................................................... 17


xii

3.5 Variabel yang Diukur ............................................................................. 18

3.6 Langkah Penelitian ................................................................................. 18

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................... 20

4.1 Data Penelitian ....................................................................................... 20

4.2 Hasil Perhitungan ................................................................................... 24

4.3 Pembahasan ............................................................................................ 29

4.3.1. Efek Jumlah Massa Air Terhadap Unjuk Kerja Alat Distilasi ........... 29

4.3.2. Efek Laju Aliran Air Terhadap Unjuk Kerja Alat Distilasi ............... 35

4.3.3. Analisis Energi Terhadap Unjuk Kerja Alat Distilasi ........................ 44

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................. 50

5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 50

5.2 Saran ....................................................................................................... 51

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 52

LAMPIRAN ......................................................................................................... 55

Lampiran 1. Foto Alat Penelitian ...................................................................... 55

Lampiran 2. Tabel Sifat Air, dan Uap Jenuh ..................................................... 56

Lampiran 3. Tabel Sifat Air (Cair Jenuh) .......................................................... 57

Lampiran 4. Draf artikel yang telah dideseminasikan dalam ICSAS 2019 ....... 58

Lampiran 5. Sertifikat sebagai pembicara dalam ICSAS 2019 ......................... 69


xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Data penelitian variasi air tertampung tiap sekat 100 ml

(variasi 1a) ............................................................................................ 20


(variasi 1b) ............................................................................................ 20


(variasi 1c) ............................................................................................ 21

Tabel 4. Data penelitian variasi aliran zig-zag, dan air ditampung pada sekat

terakhir dengan laju aliran air masuk sebesar 0,30 l/jam

(variasi 2a) ............................................................................................ 21



(variasi 2b) ............................................................................................ 22

Tabel 6. Data penelitian variasi aliran zig-zag, dan air dikeluarkan melalui sekat


(variasi 3a) ............................................................................................ 23



(variasi 3b) ............................................................................................ 23



(variasi 3c) ............................................................................................ 24

Tabel 9. Hasil perhitungan variasi air tertampung tiap sekat 100 ml

(variasi 1a) ............................................................................................ 24


(variasi 1b) ............................................................................................ 25


(variasi 1c) ............................................................................................ 25


xiv

Tabel 12. Hasil perhitungan variasi aliran zig-zag, dan air ditampung pada sekat


(variasi 2a) ............................................................................................ 26

Tabel 13. Hasil perhitungan variasi aliran zig-zag, dan air ditampung pada sekat


(variasi 2b) ............................................................................................ 26

Tabel 14. Hasil perhitungan variasi aliran zig-zag, dan air dikeluarkan melalui

sekat terakhir dengan laju aliran air masuk sebesar 0,30 l/jam

(variasi 3a) ............................................................................................ 27



(variasi 3b) ............................................................................................ 28



(variasi 3c) ............................................................................................ 28


xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Prinsip dasar distilasi air energi surya (McCluney, 1984). ................ 7

Gambar 2. Alat distilasi air energi surya jenis (a) bak, dan (b) kain. .................. 9

Gambar 3. Distilasi air energi surya jenis absorber kain bersekat. ................... 13

Gambar 4. Arah aliran air pada absorber kain (a) tanpa sekat (b) bersekat. ..... 13

Gambar 5. Skema alat distilasi air energi surya jenis absorber kain bersekat

dengan aliran zig-zag. ...................................................................... 16

Gambar 6. Susunan, dan dimensi lampu dalam alat simulasi surya. ................. 16

Gambar 7. Perbandingan efisiensi berdasarkan jumlah massa air total pada

variasi 1a, 2a, 1b, dan 2b. ................................................................ 29

Gambar 8. Hasil air distilasi pada variasi 1a, 2a, 1b, dan 2b. ............................ 30

Gambar 9. Beda temperatur (ΔT) rata-rata pada variasi 1a, 2a, 1b, dan 2b. ..... 31

Gambar 10. Temperatur absorber pada variasi 1a, 1b, 2a, dan 2b. ..................... 32

Gambar 11. Nilai energi penguapan rata-rata pada variasi 1a, 2a, 1b, dan 2b. ... 34

Gambar 12. Nilai qkonveksi rata-rata pada variasi 1a, 2a, 1b, dan 2b. .................... 35


variasi 1a, 3a, 1b, 3b, 1c, dan 3c. ..................................................... 36

Gambar 14. Hasil air distilasi pada variasi 1a, 3a, 1b, 3b, 1c, dan 3c. ................ 37

Gambar 15. Beda temperatur (ΔT) rata-rata pada variasi 1a, 3a, 1b, 3b, 1c,

dan 3c. .............................................................................................. 38

Gambar 16. Temperatur rata-rata air, dan kaca pada variasi 3a, 3b, dan 3c. ....... 39

Gambar 17. Nilai energi penguapan rata-rata pada variasi 1a, 3a, 1b, 3b, 1c,

dan 3c. .............................................................................................. 40

Gambar 18. Nilai qkonveksi rata-rata pada variasi 1a, 3a, 1b, 3b, 1c, dan 3c. ........ 41

Gambar 19. Energi rata-rata yang terbuang dari alat distilasi. ............................ 42


xvi

Gambar 20. Temperatur rata-rata air masuk, dan air keluar dari alat distilasi. ... 43

Gambar 21. Perbandingan efisiensi pada variasi 2a, 3a, 2b, dan 3b. ................... 44

Gambar 22. Hasil air distilasi pada variasi 2a, 3a, 2b, dan 3b. ............................ 45

Gambar 23. Beda temperatur (ΔT) rata-rata pada variasi 2a, 3a, 2b, dan 3b. ..... 47

Gambar 24. Nilai quap rata-rata pada tiap variasi dengan air kotor yang dialirkan

secara zig-zag. .................................................................................. 48

Gambar 25. Nilai qkonveksi rata-rata pada tiap variasi dengan air kotor yang

dialirkan secara zig-zag. .................................................................. 49


1

BAB I

PENDAHULUAN

BAB I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Air merupakan kebutuhan pokok manusia yang tidak tergantikan yaitu

sebagai air minum. Sekitar 72,4% kandungan dalam tubuh manusia

merupakan air (Forbes, 2012). Oleh karena itu, kebutuhan akan air bersih

yang layak dikonsumsi menjadi sangat mutlak. Akan tetapi, ketersediaan air

bersih menjadi sebuah permasalahan sekarang ini.

Kelangkaan air bersih ini diakibatkan oleh semakin banyaknya

pencemaran air, baik air tanah maupun air sungai seiring dengan

berkembangnya teknologi, dan industri. Pencemaran air ini diakibatkan oleh

masuknya zat-zat atau bahan lain ke dalam air dari aktivitas manusia, yang

menyebabkan kualitas air menurun hingga tidak dapat berfungsi sesuai

peruntukkannya (Goel, 2006). Padahal, masyarakat Indonesia terutama di

daerah yang terpencil, terbiasa mengkonsumsi secara langsung air tanah

maupun air sungai. Kondisi ini menjadi awal timbulnya berbagai masalah,

terutama permasalahan yang berkaitan dengan kesehatan manusia.

Berdasarkan data UNICEF Indonesia sanitasi, dan kebersihan air yang buruk

menimbulkan angka kematian anak akibat diare hingga sebesar 88% di

seluruh dunia (UNICEF Indonesia, 2012).

Salah satu cara untuk mendapatkan air bersih yang bisa langusng

dikonsumsi dari air yang telah tercemar adalah melalui proses distilasi air

energi surya. Energi surya merupakan salah satu Energi Baru Terbarukan

(EBT) yang menjadi alternatif pemerintah untuk mengatasi persoalan

kelangkaan energi fosil. Indonesia yang beriklim tropis, menerima intensitas

radiasi surya sebesar 4,80 kWh/m2 (Kementerian Energi, dan Sumber Daya

Mineral, 2016). Hal ini menunjukkan adanya potensi energi yang cukup besar

dari energi surya, bila dimanfaatkan secara optimal. Selain itu, energi surya

merupakan energi yang tersedia melimpah, dan dapat dimanfaatkan secara

cuma-cuma.


2

Pada proses distilasi air energi surya, energi surya digunakan untuk

mempercepat proses penguapan, dan pengembunan. Untuk itu, agar kedua

proses tersebut dapat berjalan optimal, berbagai variasi alat distilasi telah

dibuat (Sodha et al., 1981). Dari semua variasi alat distilasi air energi surya,

jenis absorber bak, dan jenis absorber kain adalah yang paling umum

digunakan. Distilasi jenis bak merupakan jenis distilasi yang memiliki

konstruksi paling sederhana namun nilai efisiensinya lebih rendah

dibandingkan distilasi jenis kain (Udhayabharathi et al., 2015). Penelitian-

penelitian selanjutnya, mengupayakan peningkatan nilai efisiensi tersebut

dengan memodifikasi konstruksi alat agar dapat mengoptimalkan proses

penguapan, dan pengembunan yang merupakan dua proses utama dalam

distilasi air energi surya.

Kombinasi alat distilasi jenis bak, dan jenis kain, menggunakan sekat

penampung air sejumlah 6 sekat yang dipasang sepanjang luasan absorber

terbukti memberikan kenaikan efisiensi sebesar 60,3% dibandingkan distilasi

jenis kain konvensional (Christian, 2018). Untuk meningkatkan nilai unjuk

kerja dibandingkan penelitian sebelumnya, maka pada penelitian ini, air akan

dipanaskan dalam waktu yang lebih lama secara bertahap dengan cara

mengalirkan air masukan secara zig-zag dari sekat pertama, dan tertampung

pada sekat terakhir dengan berbagai variasi laju aliran masuk. Pada penelitian

ini juga, akan dilakukan variasi bila air masukan yang dialirkan secara zig-

zag tidak ditampung di sekat terakhir, melainkan dikeluarkan dengan variasi

laju aliran minimal agar diperoleh ketebalan air pada kain setipis mungkin.

Dengan demikian, diharapkan proses penguapan menjadi lebih cepat, dan

hasil yang diperoleh dapat meningkatkan nilai unjuk kerja alat distilasi energi

surya jenis absorber kain bersekat.


3

1.2 Identifikasi Masalah

Salah satu proses utama dalam distilasi air energi surya adalah

penguapan. Proses penguapan sendiri dipengaruhi oleh temperatur zat cair,

luas permukaan zat cair, dan jumlah massa air dalam absorber. Agar proses

penguapan menjadi optimal, maka digunakan sekat agar tidak terdapat

kerugian energi dari air panas yang keluar dari alat distilasi. Di samping itu,

kain digunakan untuk memperluas area pemanasan, dan untuk menciptakan

lapisan air dengan ketebalan minimum. Pada penelitian ini, akan divariasikan

jumlah massa air total dalam absorber yang berpengaruh terhadap proses

pemanasan air, serta variasi laju aliran air kotor yang dialirkan dari tiap sekat

secara zig-zag, yang bertujuan untuk memperpanjang proses pemanasan air.

Kedua variasi tersebut akan diteliti pengaruhnya terhadap unjuk kerja alat

distilasi air energi surya jenis absorber kain bersekat.

1.3 Rumusan Masalah

Rumusan masalah dari penelitian ini yaitu :

1. Bagaimana efek jumlah massa air tiap sekat pada absorber terhadap unjuk

kerja alat distilasi air energi surya jenis absorber kain bersekat?

2. Bagaimana efek laju aliran air masukan terhadap unjuk kerja alat distilasi

air energi surya jenis absorber kain bersekat?

3. Bagaimana unjuk kerja yang dihasilkan dengan, dan tanpa adanya

kerugian energi dari air yang keluar dari sekat terakhir?

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Menganalisis efek jumlah massa air di tiap sekat pada absorber terhadap

unjuk kerja alat distilasi air jenis absorber kain bersekat.

2. Menganalisis efek laju aliran air masukan terhadap unjuk kerja alat

distilasi air jenis absorber kain bersekat.

3. Menganalisis unjuk kerja yang dihasilkan dengan, dan tanpa adanya

kerugian energi dari air yang keluar dari sekat terakhir.


4

1.5 Batasan Masalah

Agar topik penelitian tidak meluas, dalam penelitian ini penulis membuat

batasan-batasan yaitu :

1. Temperatur absorber, dan kaca diasumsikan merata.

2. Luasan alat distilasi air jenis absorber kain bersekat adalah 0,40 m2,

terbuat dari multipleks dengan tebal 12 mm, dan menggunakan absorber

kain serta dipasang 6 buah sekat alumunium dengan tinggi 2,5 cm

sepanjang luasan absorber dengan jarak, dan posisi sekat yang sama yaitu

sebesar 11,6 cm.

3. Penelitian dilakukan selama 2 jam menggunakan alat simulasi surya pada

temperatur ruangan. Energi panas yang diterima absorber dari lampu

pemanas diasumsikan merata, dan konstan.

4. Proses penguapan, dan pengembunan dianalisis menggunakan persamaan

Darsey-Weisbach.

5. Rugi-rugi akibat gesekan pada aliran air masukan, dan saluran air keluar

diabaikan.

1.6 Manfaat Penelitian

Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini yaitu :

1. Diperoleh alat distilasi air jenis absorber kain bersekat yang dapat

dikembangkan lebih lanjut menjadi prototype, dan nantinya dapat

diterapkan dalam masyarakat.

2. Menambah kepustakaan teknologi alat distilasi air energi surya jenis

absorber kain bersekat.


5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Penelitian yang Pernah Dilakukan

Distilasi merupakan proses pemisahan zat cair dari campurannya

berdasarkan perbedaan titik didih, atau berdasarkan kemampuan zat untuk

menguap (Wibawa, 2017). Velmurugan, dan Srithar menjelaskan bahwa

distilasi merupakan sebuah metode untuk memenuhi kebutuhan manusia akan

air bersih yang layak dikonsumsi (Velmurugan, dan Srithar, 2007). Ditambah

dengan makin meningkatnya kebutuhan makhluk hidup akan air bersih, dan

semakin besarnya angka pencemaran air, distilasi air menjadi solusi yang

tepat.

Oleh karena itu, beberapa penelitian mengenai alat distilasi air energi

surya jenis bak, dan jenis absorber kain beserta variasinya telah dilakukan.

Salah satu penelitian tersebut yaitu penelitian pada alat distilasi jenis

absorber kain dengan jenis kain ganda (Sodha et al., 1981). Dari penelitian

tersebut, diperoleh hasil distilasi sebesar 2,5 liter/(m2.hari), dengan efisiensi

keseluruhan sebesar 34%. Distilasi dengan memadukan jenis absorber kain,

dan bak telah dilakukan Minasian, dan Al-Karaghouli (Minasian, dan Al-

Karaghouli, 1995). Jenis ini memberikan hasil 85% lebih banyak

dibandingkan distilasi jenis absorber kain maupun jenis bak. Penelitian lain

dilakukan menggunakan jenis bak dengan kaca penutup berbentuk piramida.

Berdasarkan penelitian tersebut, diperoleh hasil rata-rata optimum sebesar

3,924 L/hari dengan volume total dalam alat sebesar 3 liter (Al-hassan, dan

Algarni, 2013).

Produktivitas distilasi air energi surya sendiri bergantung pada beberapa

parameter seperti kondisi cuaca, posisi alat, kemiringan kaca, kebocoran uap,

dan parameter operasional lainnya (Garg, dan Mann, 1977). Mereka

menjelaskan bahwa hasil distilasi air energi surya berbanding lurus dengan

intensitas total matahari, temperatur udara sekitar, dan kecepatan angin. Akan


6

tetapi, produktivitas alat distilasi tidak terpengaruh oleh tekanan uap

atmosfer.

Berdasarkan penelitian yang pernah dilakukan, faktor-faktor yang

mempengaruhi efisiensi alat distilasi air energi surya di antaranya yaitu

pengaruh bahan, dan bentuk absorber (Naim, dan Abd El Kawi, 2003).

Faktor lainnya yaitu pengaruh kemiringan kaca penutup, dan ketebalan air

(Garg, dan Mann, 1977). Penelitian tersebut menunjukkan hasil optimum

pada kemiringan kaca sebesar 10°, dan peningkatan hasil yang berbanding

lurus dengan penurunan ketebalan air di atas 1 cm. Penelitian lebih lanjut

mengenai pengaruh ketebalan air, dan kemiringan kaca terhadap transfer

kalor dilakukan oleh Tiwari, dan Tiwari (2006) serta Ahmed, dan Ibrahim

(2016). Faktor ketiga yaitu pengaruh ketebalan kaca penutup (Panchal, dan

Shah, 2012). Mereka menjelaskan, peningkatan efisiensi alat distilasi

berbanding lurus dengan semakin tipisnya ketebalan kaca. Pada penelitian

tersebut, dilakukan pengujian dengan variasi ketebalan kaca sebesar 4 mm, 8

mm, dan 12 mm. Hasil efisiensi optimum diperoleh pada ketebalan kaca

penutup 4 mm. Keempat, faktor perbedaan temperatur absorber, dan kaca

penutup. Penelitian mengenai perbedaan temperatur absorber, dan kaca

penutup (Abdenacer, dan Nafila, 2007) menghasilkan efisiensi yang semakin

optimum bila temperatur permukaan absorber semakin tinggi, dan sebaliknya

temperatur permukaan embun (kaca penutup) semakin rendah.

2.2 Landasan Teori

Berdasarkan penelitian-penelitian yang telah disebutkan di atas, distilasi

air energi surya menjadi salah satu jalan keluar bagi banyak negara yang

kesulitan mendapatkan sumber air bersih. Di samping proses

pengaplikasiannya yang relatif mudah, distilasi air energi surya

memanfaatkan sumber energi yang tidak pernah habis, bebas biaya, dan

ramah lingkungan (Aburideh et al., 2012).

Indonesia sebagai salah satu negara berkembang, juga mulai

memanfaatkan sumber energi surya untuk proses distilasi air. Wilayah


7

Indonesia yang terbentang pada garis khatulistiwa, memberikan radiasi

matahari rata-rata per hari di Indonesia mencapai nilai 4,80 kWh/m2

(Kementerian Energi, dan Sumber Daya Mineral, 2016). Angka tersebut

menunjukkan besarnya potensi energi yang bisa dimanfaatkan secara optimal

dalam upaya mendapatkan air bersih melalui distilasi air energi surya. Radiasi

elektromagnetik yang dipancarkan matahari tersebut, dikonversi menjadi

berbagai bentuk energi lain, salah satunya energi panas.

Energi panas ini menjadi faktor pendukung 2 proses utama dalam

distilasi air energi surya, yaitu penguapan, dan pengembunan (Alkan, 2003).

Gambar 1 menunjukkan prinsip kerja sederhana alat distilasi air energi surya

secara umum. Air yang terkontaminasi diletakkan di bawah kaca tembus

pandang pada jarak tertentu. Kemudian air akan menyerap panas matahari

yang masuk menembus kaca penutup.

Gambar 1. Prinsip dasar distilasi air energi surya (McCluney, 1984).

Proses pemanasan ini menyebabkan terjadinya pemisahan molekul air

dengan partikel pencemar (Aburideh et al., 2012). Molekul air akan berubah

fase dari fase cair menjadi fase uap. Uap air yang terbentuk merupakan air

bersih, karena tidak lagi mengandung partikel-partikel pencemar. Kemudian,

uap air naik, dan terkondensasi pada permukaan kaca bagian dalam akibat


8

tekanan uap yang telah mencapai temperatur pengembunan pada permukaan

kaca bagian dalam (Sifat, dan Uddin, 2016). Akibat kemiringan kaca, embun

tersebut akan mengalir menuju tempat penampung sebagai air bersih hasil

distilasi.

Hingga saat ini, alat distilasi air energi surya jenis absorber bak, dan

jenis absorber kain merupakan jenis distilasi yang umum digunakan. Di

samping karena biaya pembuatan yang relatif rendah, kedua jenis alat distilasi

tersebut memiliki konstruksi yang sederhana sehingga tidak diperlukan orang

dengan keterampilan tinggi untuk mengoperasikannya (Ahmed, dan Ibrahim,

2016). Gambar 2 (a), dan (b) menunjukkan skema dari kedua jenis alat

distilasi menurut Bhattacharyya, 2017.

Secara umum, komponen utama alat distilasi air tenaga surya terdiri dari

bak air, kaca penutup, saluran masuk air kotor, dan saluran keluar air bersih.

Bak air selain berfungsi untuk tempat menampung air kotor, juga berfungsi

sebagai absorber untuk menyerap radiasi matahari yang masuk. Sesuai

dengan definisi mengenai benda hitam yang memiliki nilai emisifitas 1, maka

agar proses penyerapan radiasi matahari menjadi lebih efektif, absorber

diberi warna hitam (Tiwari, Singh, dan Tripathi, 2003).

(a)


9

(b)

Gambar 2. Alat distilasi air energi surya jenis (a) bak, dan (b) kain.

Secara rinci, skema alat pada Gambar 2 terdiri dari : (1) kaca penutup,

(2) air kotor yang didistilasi, (3) absorber, (4) saluran air hasil distilasi,

(5) penampung air bersih, (6) rangka pendukung, (7) tangki air masukan,

(8) keran pengatur laju aliran, (9) saluran air yang tidak menguap,

(10) penampung air kotor, (11) kain.

Bagian yang membedakan antara alat distilasi jenis absorber bak, dan

jenis absorber kain adalah sistem pengaturan aliran masuk. Pada jenis bak,

tidak ada sistem pengaturan aliran masuk. Akan tetapi, pada distilasi jenis

absorber kain, terdapat air masukan yang dialirkan dari bagian atas alat

menggunakan keran. Massa air yang dialirkan ini selalu dijaga konstan

selama proses distilasi.

Kain yang digunakan pada alat distilasi jenis absorber kain berfungsi

untuk mendistribusikan air melalui proses kapilaritas kain, ke seluruh bagian

permukaan absorber yang terpapar sinar matahari (Sodha et al., 1981). Maka

dari itu, agar diperoleh hasil yang optimal, kain harus memiliki nilai

absorbtivitas, dan kapilaritas yang baik. Murugavel, dan Srithar melakukan

pengujian pada alat distilasi jenis bak menggunakan 5 jenis kain berbeda

yaitu kain katun hitam, kain goni ringan, lembaran spons, potongan tebal

sabut, dan limbah kapas (Kalidasa Murugavel, dan Srithar, 2011).

Berdasarkan penelitian tersebut, mereka menemukan bahwa kain katun hitam

merupakan jenis kain yang paling efektif untuk meningkatkan hasil distilasi.


10

Proses penguapan sebagai salah satu proses utama pada distilasi air

energi surya, salah satunya dipengaruhi oleh temperatur air. Semakin tinggi

temperatur air maka proses penguapan akan semakin cepat. Tingginya

temperatur air dipengaruhi oleh kemampuan kaca untuk mentransmisikan

radiasi matahari yang masuk (Panchal, dan Shah, 2012). Selain itu,

peningkatan temperatur air juga diperoleh dari panas yang dipancarkan oleh

absorber sendiri.

Keunggulan pada alat distilasi jenis bak adalah tidak diperlukannya

pengaturan laju aliran pada air masukan, dan tidak adanya kerugian panas

yang keluar dari alat distilasi. Akan tetapi, konstruksi pada alat distilasi jenis

bak memiliki dinding yang cukup tinggi, dan absorber dalam posisi yang

tidak sejajar dengan kaca penutup. Kondisi ini menimbulkan efek bayangan

pada rentang waktu pemanasan tertentu, sehingga terjadi pengurangan luas

permukaan yang terpapar sinar matahari (Sodha et al., 1981).

Di samping itu, air pada alat distilasi jenis bak tertampung dengan jumlah

massa air yang cukup besar per satauan luas absorber. Tiwari, dan Tiwari

menjelaskan, proses pemanasan, dan penguapan air juga dipengaruhi oleh

ketebalan air (Tiwari, dan Tiwari, 2006). Mereka menyebutkan, pemanasan

dengan volume air yang besar memerlukan waktu lebih lama, meskipun

setelah seluruh bagian air terpanaskan, air yang tertampung dalam bak

tersebut mampu menyimpan panas. Hal ini menjadikan alat distilasi jenis bak

konvensional memiliki efisiensi terendah dibandingkan jenis alat distilasi

konvensional lainnya.

Keunggulan pada alat distilasi jenis absorber kain terdapat pada

konstruksi dinding distilasi yang rendah, serta posisi absorber berada dalam

posisi yang sejajar dengan kaca penutup. Hal ini mengakibatkan kerugian

akibat efek bayangan menjadi lebih kecil daripada distilasi jenis bak,

sehingga luas permukaan air yang terpapar matahari menjadi lebih besar.

Selain itu, jumlah massa air per satuan luas absorber jauh lebih rendah

dibandingkan jenis bak. Dengan demikian, proses pemanasan, dan penguapan


11

pada alat distilasi jenis absorber kain menjadi lebih efektif dibandingkan

jenis bak (Bhattacharyya, 2017).

Akan tetapi, pada distilasi jenis absorber kain, air masukan yang

melewati absorber dalam kondisi mengalir, sehingga tidak semua air dapat

teruapkan selama proses pemanasan. Akan ada sejumlah air panas yang

keluar dari alat distilasi yang merupakan sebuah kerugian energi (Sifat, dan

Uddin, 2016). Kerugian energi tersebut tentu akan menurunkan nilai efisiensi

alat distilasi jenis absorber kain.

Efisiensi didefinisikan sebagai perbandingan jumlah energi yang

digunakan untuk proses penguapan dengan jumlah energi surya yang datang

selama proses pemanasan (Arismunandar, 1995) :

∫

(1)

dengan mg adalah hasil air distilasi (kg), hfg adalah panas laten penguapan

(kJ/kg), AC adalah luasan alat distilasi (m2), G adalah jumlah energi surya

yang datang (W/m2), dan dt adalah lama waktu pemanasan (detik).

Dalam analisis ini, energi panas yang hilang melalui sisi absorber, dan

alasnya dapat diabaikan. Maka, keseimbangan energi pada air (Jansen, 1985)

menghasilkan :

(2)

Sebagian energi panas dari absorber akan dipindahkan ke kaca dengan

cara konveksi, radiasi, dan penguapan. Proses perpindahan secara konveksi

dapat dihitung dengan persamaan :

(

)

(3)

dengan qkonv merupakan energi yang terbuang dari kaca ke lingkungan

(W/m2), Ta adalah temperatur air (°C), Tk adalah temperatur kaca (°C), Pa, dan

Pk adalah tekanan parsial uap air pada temperatur air, dan kaca (N/m2).

Sementara itu, energi radiasi kaca ke lingkungan dihitung dengan persamaan :

(

) (4)


12

dengan qrad adalah besar radiasi ke lingkungan (W/m2), adalah konstanta

Stefan Boltzmann (5,67 x 10-8

W/(m2.K

4)), adalah nilai emisivitas air.

Energi untuk penguapan (quap) dapat dihitung dengan persamaan :

( )

( ) (5)

Hasil air distilasi dapat dihitung berdasarkan nilai yang diperoleh dari energi

penguapan (quap). Laju distilasi (muap) dapat dicari dengan hubungan :

(6)

Energi yang digunakan selama proses pemanasan (qc) dapat dihitung

menggunakan persamaan (7) :

(7)

dengan mc adalah laju aliran massa air (kg/s), Cp adalah kalor spesifik air

pada tekanan konstan (kJ/kg°C), dan ΔT merupakan selisih temperatur air

masuk, dan temperatur air keluar alat distilasi (°C).

2.3 Kerangka Penelitian

Alat distilasi yang digunakan pada penelitian ini, memadukan

keunggulan dari distilasi air energi surya jenis bak, dan jenis absorber kain.

Perpaduan yang dilakukan adalah dengan memberikan sekat-sekat pada

absorber, dan memasang kain di antara sekat satu dengan yang lain

(Gambar 3). Secara rinci, bagian-bagian yang ditunjukkan dalam Gambar 3

terdiri dari : (1) kaca penutup, (2) absorber, (3) air kotor, (4) kain. Pemberian

sekat pada absorber dimaksudkan untuk menampung air agar tidak terdapat

rugi-rugi energi berupa air panas yang keluar dari alat distilasi. Melalui sifat

kapilaritas kain, maka air yang tertampung pada tiap sekat akan

didistribusikan ke bagian yang lebih tinggi. Air yang diserap kain

menyebabkan jumlah massa air per satuan luas absorber menjadi kecil.

Kecilnya jumlah massa air per satuan luas absorber menyebabkan proses

penguapan air berlangsung lebih cepat, sehingga hal tersebut dapat

meningkatkan unjuk kerja alat distilasi.


13

Gambar 3. Distilasi air energi surya jenis absorber kain bersekat.

(a) (b)

Gambar 4. Arah aliran air pada absorber kain (a) tanpa sekat (b) bersekat.

Selain faktor jumlah massa air total yang dipanaskan, proses penguapan

juga dipengaruhi oleh temperatur air. Pada penelitian ini, untuk meningkatkan

temperatur air, maka waktu pemanasan air akan diperpanjang dengan

mengalirkan air dari sekat pertama ke sekat berikutnya secara zig-zag. Pada

Gambar 4, terlihat lintasan air pada distilasi jenis absorber kain sama dengan

panjang absorber. Sementara pada alat distilasi jenis absorber kain bersekat,


14

lintasan air menjadi sebesar 6 kali lebar absorber. Di samping itu, air

dialirkan dalam laju rendah agar terbentuk ketebalan air yang minimum,

sehingga proses penyerapan panas lebih optimal. Maka dari itu, temperatur

air akan menjadi lebih tinggi, dan proses penguapan air menjadi lebih

optimal. Proses penguapan yang optimal akan meningkatkan air distilasi yang

dihasilkan.

2.4 Hipotesis

1. Jumlah massa air yang semakin rendah pada tiap sekat akan meningkatkan

unjuk kerja alat distilasi air energi surya jenis absorber kain bersekat.

2. Laju aliran rendah akan meningkatkan unjuk kerja alat distilasi air energi

surya jenis absorber kain bersekat.

3. Hasil distilasi akan mencapai hasil maksimal apabila proses penguapan

pada tiap sekat berlangsung dalam kondisi yang relatif sama.


15

BAB III

METODE PENELITIAN

BAB III. METODE PENELITIAN

3.1 Alat Penelitian

Skema alat pada penelitian distilasi air energi surya jenis absorber kain

bersekat dengan aliran zig-zag ini terdiri dari 3 konfigurasi, yaitu :

1. Alat distilasi air energi surya jenis absorber kain bersekat tanpa adanya

aliran air masukan.

2. Alat distilasi air energi surya jenis absorber kain bersekat dengan arah

aliran zig-zag, dan air tertampung pada sekat terakhir (Gambar 5).

3. Alat distilasi air energi surya jenis absorber kain bersekat dengan arah

aliran zig-zag, dan air keluar dari alat distilasi melalui sekat terakhir

(Gambar 5).

Bak penampungan air pada alat distilasi air jenis absorber kain bersekat

terbuat dari multipleks berukuran 73 cm x 55 cm dengan tebal 3,6 cm.

Absorber terbuat dari plat alumunium dengan ukuran 69 cm x 51 cm. Sebagai

isolator, plat alumunium dilapisi menggunakan karet hitam dengan ukuran

yang sama setebal 3 mm. Dinding absorber terbuat dari multipleks setebal 3

cm, dan seluruh permukaan bagian dalam, dan luar dinding dilapisi karet

hitam setebal 3 mm. Sekat yang digunakkan terbuat dari plat siku alumunium

sejumlah 6 buah. Sekat dipasang sepanjang absorber dalam jarak antar sekat

yang sama yaitu 11,6 cm, dan tinggi sekat adalah 2,5 cm. Kaca penutup yang

digunakan memiliki ketebalan 3 mm.

Pengambilan data dilakukan di dalam ruangan menggunakan alat

simulasi surya. Alat simulasi surya terdiri dari 6 buah lampu dengan masing-

masing lampu memiliki daya sebesar 375 W. Lampu dipasang dalam rangka

besi yang diposisikan sejajar dengan kemiringan absorber. Jarak antara

lampu dengan kaca penutup adalah 50 cm.


16

Gambar 5. Skema alat distilasi air energi surya jenis absorber kain

bersekat dengan aliran zig-zag.

Secara rinci, skema alat pada Gambar 5 terdiri dari : (1) kain, (2) air

kotor yang didistilasi, (3) lampu, (4) absorber, (5) penampung air yang tidak

menguap, (6) penampung air bersih, (7) selang, (8) penampung air kotor,

(9) rangka pendukung, (10) sekat, dan (11) pompa.

Gambar 6. Susunan, dan dimensi lampu dalam alat simulasi surya.


17

3.2 Peralatan Pendukung Pengambilan Data

Pada penelitian ini, digunakan beberapa peralatan untuk mendukung

proses pengambilan data di antaranya :

1. Mikrokontroler Arduino, aplikasi software yang digunakan untuk melihat

hasil pembacaan sensor-sensor yang digunakan pada penelitian.

2. Dallas Semiconductor Temperature Sensors (TDS), untuk mengukur

temperatur di beberapa titik alat penelitian.

3. Sensor Level, untuk mengukur ketinggian air hasil distilasi dalam wadah

penampung.

4. Solarmeter, untuk mengukur intensitas energi yang dipancarkan lampu

pada alat simulasi surya.

5. Pompa, untuk mengalirkan air dari bak penampung ke dalam alat

distilasi.

3.3 Parameter yang Divariasikan

Terdapat beberapa jenis parameter yang akan divariasikan pada

penelitian ini, antara lain :

1. Variasi dengan jumlah massa air yang tertampung di tiap sekat sebesar

100 ml (variasi 1a), 150 ml (variasi 1b), dan 300 ml (variasi 1c).

2. Variasi dengan air masukan yang mengalir melewati tiap sekat secara

zig-zag, dan ditampung di sekat terakhir pada laju aliran sebesar

0,30 liter/jam (variasi 2a), dan 0,45 liter/jam (variasi 2b).

3. Variasi dengan air masukan yang mengalir melewati tiap sekat secara

zig-zag, dan dikeluarkan melalui sekat terakhir pada laju aliran sebesar

0,30 liter/jam (variasi 3a), 0,45 liter/jam (variasi 3b), dan 0,90 liter/jam

(variasi 3c).

3.4 Langkah Analisis

Penelitian ini akan menganalisis efek jumlah massa air, dan laju aliran air

masukan terhadap unjuk kerja alat distilasi air jenis absorber kain bersekat.


18

Secara rinci, analisis yang dilakukan dibagi dalam dua kelompok sebagai

berikut :

1. Untuk mengetahui efek jumlah massa air terhadap unjuk kerja alat

distilasi, akan dilakukan perbandingan antara variasi dengan air yang

dialirkan secara zig-zag, dan ditampung pada sekat terakhir (variasi 2a,

dan 2b) dengan variasi air yang ditampung pada tiap sekat (variasi 1a,

dan 1b) pada jumlah massa air total yang sama yaitu 600 ml, dan 900 ml.

2. Untuk mengetahui efek laju aliran air terhadap unjuk kerja alat distilasi,

akan dilakukan perbandingan antara variasi dengan adanya aliran

masukan yang dialirkan secara zig-zag, dan keluar dari sekat terakhir

(variasi 3a, 3b, 3c) dengan variasi tanpa adanya aliran masukan (variasi

1a, 1b, 1c).

3. Untuk mengetahui efek ada atau tidak adanya kerugian energi terhadap

unjuk kerja alat distilasi, akan dilakukan perbandingan antara variasi

dengan air yang dialirkan secara zig-zag, dan ditampung pada sekat

terakhir (variasi 2a, dan 2b), dengan variasi air kotor yang dialirkan

secara zig-zag, dan dikeluarkan dari sekat terakhir (variasi 3a, dan 3b)

3.5 Variabel yang Diukur

Pada penelitian ini, terdapat beberapa variabel yang diukur, di antaranya :

1. Temperatur air masuk, Tin (°C)

2. Temperatur air keluar, Tout (°C)

3. Temperatur kaca penutup, TK (°C)

4. Temperatur absorber, TA (°C)

5. Volume air yang dihasilkan, m (liter)

6. Jumlah energi surya yang datang, G (Watt/m2)

7. Lama waktu pengambilan data, t (detik)

3.6 Langkah Penelitian

Penelitian diawali dengan pembuatan alat, dan berakhir pada analisis

data. Secara rinci, langkah-langkah penelitian adalah sebagai berikut :


19

1. Mempersiapkan alat distilasi jenis absorber kain bersekat sesuai dengan

Gambar 5 beserta alat simulasi surya.

2. Melakukan pengambilan data untuk setiap variasi yang dilakukan yaitu :

a. Variasi dengan air tertampung di tiap sekat sebesar 100 ml (variasi

1a), 150 ml (variasi 1b), dan 300 ml (variasi 1c).

b. Variasi dengan air masukan yang dialirkan secara zig-zag, dan

ditampung pada sekat terakhir dengan laju aliran air masuk sebesar

0,30 l/jam (variasi 2a), dan 0,45 l/jam (variasi 2b).

c. Variasi dengan air masukan dialirkan secara zig-zag, dan

dikeluarkan melalui sekat terakhir dengan laju aliran air masuk

sebesar 0,30 l/jam (variasi 3a), 0,45 l/jam (variasi 3b), dan 0,90 l/jam

(variasi 3c).

3. Pencatatan data dilakukan tiap 10 detik selama 2 jam dalam temperatur

ruangan. Data yang dicatat antara lain : temperatur air masuk (Tin),

temperatur air keluar (Tout), temperatur kaca penutup (TK), temperatur

absorber (TA), energi surya (lampu) yang diterima alat (G), dan jumlah

air yang dihasilkan (m).

4. Sebelum melakukan pengambilan data untuk setiap variasi, kondisi alat

distilasi harus diperiksa untuk memastikan tidak adanya kebocoran, dan

sensor yang rusak, serta dilakukan pengaturan laju aliran untuk variasi

dengan adanya aliran masuk.

5. Melakukan pengolahan, dan analisis data menggunakan persamaan (1)

sampai (7).


20

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penelitian

Pada penelitian ini, dipaparkan hasil pengambilan data yang dilakukan

selama 2 jam menggunakan alat simulasi surya dalam temperatur ruangan.

Data tersebut dicatat menggunakan sensor tiap 10 detik selama pengambilan

data. Selanjutnya, data yang tercatat dalam sensor diambil nilai rata-rata tiap

10 menit. Nilai energi surya yang masuk alat (G), berasal dari radiasi 6 buah

lampu yang digunakan, dan dianggap konstan untuk setiap pengambilan data.

Tabel 1. Data penelitian variasi air tertampung tiap sekat 100 ml (variasi 1a)

Menit ke Temperatur Air

(°C)

Temperatur Kaca

(°C)

Hasil

(ml)

G

(W/m2)

10 40,27 43,27 0,83 400,46

20 54,50 56,90 3,36 400,46

30 63,34 64,13 5,99 400,46

40 69,78 69,48 7,92 400,46

50 74,76 73,52 23,95 400,46

60 78,56 76,85 52,18 400,46

70 81,47 79,20 83,03 400,46

80 83,89 81,22 123,46 400,46

90 85,97 82,73 172,63 400,46

100 87,74 84,03 204,25 400,46

110 89,26 85,17 252,92 400,46

120 90,56 86,08 343,50 400,46

Tabel 2. Data penelitian variasi air tertampung tiap sekat 150 ml (variasi 1b)


(°C)

Temperatur Kaca

(°C)

Hasil

(ml)

G

(W/m2)

10 37,10 41,86 1,57 400,46

20 50,88 55,98 3,73 400,46

30 60,20 63,27 7,36 400,46


21

Tabel 2. Data penelitian variasi air tertampung tiap sekat 150 ml (variasi 1b)

(lanjutan)


(°C)

Temperatur Kaca

(°C)

Hasil

(ml)

G

(W/m2)

40 67,13 68,61 15,16 400,46

50 72,47 72,77 26,21 400,46

60 76,57 75,95 46,68 400,46

70 79,85 78,65 81,54 400,46

80 82,73 80,91 133,42 400,46

90 85,13 82,50 170,91 400,46

100 87,04 83,68 210,72 400,46

110 88,64 84,47 265,76 400,46

120 90,14 85,52 337,90 400,46

Tabel 3. Data penelitian variasi air tertampung tiap sekat 300 ml (variasi 1c)


(°C)

Temperatur Kaca

(°C)

Hasil

(ml)

G

(W/m2)

10 33,18 41,10 2,64 400,46

20 44,69 54,26 5,23 400,46

30 53,76 60,26 7,68 400,46

40 60,98 65,10 9,61 400,46

50 66,83 69,32 12,76 400,46

60 71,60 72,69 22,14 400,46

70 75,49 76,01 49,54 400,46

80 78,67 78,12 81,54 400,46

90 81,34 80,24 138,02 400,46

100 83,69 82,18 169,10 400,46

110 85,71 83,61 204,56 400,46

120 87,45 84,64 303,00 400,46


terakhir dengan laju aliran air masuk sebesar 0,30 l/jam (variasi 2a)

Menit ke

Temperatur

Air

(°C)

Temperatur

Kaca

(°C)

Temperatur

Air Masuk

(°C)

Hasil

(ml)

G

(W/m2)

10 40.59 42.01 26.50 0.25 400,46

20 55.87 57.77 26.51 2.34 400,46


22


terakhir dengan laju aliran air masuk sebesar 0,30 l/jam (variasi 2a) (lanjutan)

Menit ke

Temperatur

Air

(°C)

Temperatur

Kaca

(°C)

Temperatur

Air Masuk

(°C)

Hasil

(ml)

G

(W/m2)

30 64,40 65,02 26,50 4,32 400,46

40 70,34 69,90 26,50 6,42 400,46

50 74,80 73,36 26,51 12,48 400,46

60 77,99 75,80 26,51 44,23 400,46

70 80,45 77,74 26,60 56,89 400,46

80 82,42 79,44 26,67 92,29 400,46

90 84,16 80,94 26,73 141,98 400,46

100 85,60 81,95 26,75 167,63 400,46

110 86,86 82,75 26,75 188,51 400,46

120 87,94 83,47 26,75 265,60 400,46


terakhir dengan laju aliran air masuk sebesar 0,45 l/jam (variasi 2b)

Menit ke

Temperatur

Air

(°C)

Temperatur

Kaca

(°C)

Temperatur

Air Masuk

(°C)

Hasil

(ml)

G

(W/m2)

10 40,09 42,05 26,75 0,61 400,46

20 54,29 56,90 26,75 1,71 400,46

30 62,78 63,56 26,75 5,30 400,46

40 68,41 67,88 26,75 15,79 400,46

50 72,70 71,51 26,75 23,50 400,46

60 75,71 73,68 26,75 31,68 400,46

70 78,68 75,55 26,75 41,48 400,46

80 80,07 77,03 26,76 70,75 400,46

90 82,46 78,53 26,88 130,88 400,46

100 84,48 80,03 26,97 148,51 400,46

110 84,08 79,39 27,00 171,54 400,46

120 83,88 79,28 27,00 207,80 400,46


23

Tabel 6. Data penelitian variasi aliran zig-zag, dan air dikeluarkan melalui

sekat terakhir dengan laju aliran air masuk sebesar 0,30 l/jam (variasi 3a)

Menit ke T. Air

(°C)

T. Kaca

(°C)

T. Air

Masuk

(°C)

T. Air

Keluar

(°C)

Hasil

(ml)

G

(W/m2)

10 40,35 41,40 26,75 26,76 1,49 400,46

20 55,30 56,61 26,75 31,53 1,00 400,46

30 64,04 63,97 26,75 33,13 2,01 400,46

40 69,89 68,89 26,75 33,35 3,16 400,46

50 74,33 72,33 26,75 33,11 25,52 400,46

60 77,64 75,27 26,75 31,39 32,63 400,46

70 80,14 77,25 26,75 30,16 57,15 400,46

80 82,27 78,59 26,75 29,30 101,01 400,46

90 83,88 79,79 26,75 29,25 149,76 400,46

100 85,07 80,74 26,75 29,45 173,63 400,46

110 86,13 81,71 26,75 29,22 203,52 400,46

120 86,94 82,01 26,75 29,01 286,50 400,46


sekat terakhir dengan laju aliran air masuk sebesar 0,45 l/jam (variasi 3b)

Menit ke T. Air

(°C)

T. Kaca

(°C)

T. Air

Masuk

(°C)

T. Air

Keluar

(°C)

Hasil

(ml)

G

(W/m2)

10 40,42 42,37 27,00 31,29 5,62 400,46

20 55,19 57,73 27,00 36,66 12,64 400,46

30 63,78 64,59 27,00 39,02 18,10 400,46

40 69,45 69,01 27,00 40,63 26,28 400,46

50 73,42 71,89 27,00 41,51 23,07 400,46

60 76,19 73,96 27,00 41,03 45,25 400,46

70 78,25 75,54 27,00 41,05 57,21 400,46

80 79,94 76,74 27,00 41,06 108,91 400,46

90 81,19 77,53 27,02 40,28 143,94 400,46

100 82,30 78,23 27,09 38,02 167,52 400,46

110 83,43 78,89 27,21 33,22 181,13 400,46

120 84,69 79,75 27,25 29,97 257,20 400,46


24


sekat terakhir dengan laju aliran air masuk sebesar 0,90 l/jam (variasi 3c)

Menit ke T. Air

(°C)

T. Kaca

(°C)

T. Air

Masuk

(°C)

T. Air

Keluar

(°C)

Hasil

(ml)

G

(W/m2)

10 39,84 42,52 27,24 32,94 2,08 400,46

20 54,57 57,76 27,23 41,09 14,09 400,46

30 63,46 64,15 27,25 46,26 17,16 400,46

40 69,13 68,15 27,25 49,73 16,50 400,46

50 73,13 70,95 27,25 52,45 25,47 400,46

60 76,19 73,37 27,25 53,70 33,74 400,46

70 78,33 74,79 27,25 54,47 36,89 400,46

80 80,72 76,19 27,25 47,17 52,08 400,46

90 82,34 76,98 27,25 34,65 107,62 400,46

100 82,97 77,22 27,25 31,30 139,27 400,46

110 82,31 77,02 27,25 39,09 154,15 400,46

120 82,33 76,96 27,25 60,63 179,50 400,46

4.2 Hasil Perhitungan

Berdasarkan data-data yang sudah dipaparkan sebelumnya, dilakukan

perhitungan dengan menggunakan persamaan (1) hingga persamaan (7).

Secara rinci, hasil perhitungan tersebut adalah sebagai berikut :

Tabel 9. Hasil perhitungan variasi air tertampung tiap sekat 100 ml (variasi 1a)

Menit

ke

ΔT

(°C)

Pw Pc

hfg

(kJ/kg)

qkonv quap qrad G md

(kg/m2 .

10 menit)

η

(%) (Pa) (W/m

2)

10 -3,00 7015 8226 2405,6 1,27 8,36 -19,15 400,46 0,00 0,17

20 -2,40 14893 16841 2371,2 1,89 24,94 -17,44 400,46 0,01 0,69

30 -0,79 23142 24034 2349,6 1,41 25,77 -6,18 400,46 0,01 1,22

40 0,30 31209 30791 2333,6 0,83 18,76 2,47 400,46 0,00 1,60

50 1,24 38810 36793 2321,2 5,87 155,06 10,63 400,46 0,04 4,80

60 1,71 45484 42383 2311,6 9,21 271,91 15,06 400,46 0,07 10,42

70 2,26 51154 46705 2304,2 9,26 296,21 20,41 400,46 0,08 16,53

80 2,67 56257 50656 2298,1 11,35 387,04 24,54 400,46 0,10 24,51

90 3,25 60919 53759 2292,7 13,09 469,78 30,27 400,46 0,12 34,19


25

Tabel 9. Hasil perhitungan variasi air tertampung tiap sekat 100 ml (variasi 1a) (lanjutan)

Menit

ke

ΔT

(°C)

Pw Pc hfg

(kJ/kg)


(kg/m2 .

10 menit)

η

(%) (Pa) (W/m2)

100 3,71 65099 56564 2288,2 8,05 301,49 35,02 400,46 0,08 40,37

110 4,09 68861 59096 2284,3 11,92 463,19 39,07 400,46 0,12 49,91

120 4,48 72188 61175 2280,9 21,51 860,86 43,17 400,46 0,23 67,68

Tabel 10. Hasil perhitungan variasi air tertampung tiap sekat 150 ml (variasi 1b)

Menit

ke

ΔT

(°C)

Pw Pc

hfg

(kJ/kg)


(kg/m2 .

10 menit)

η

(%) (Pa) (W/m

2)

10 -4,75 5947 7630 2413,1 2,74 15,76 -29,66 400,46 0,00 0,33

20 -5,11 12329 16072 2380,0 1,80 21,43 -36,31 400,46 0,01 0,77

30 -3,06 19865 23058 2357,3 2,10 35,67 -23,48 400,46 0,01 1,50

40 -1,48 27660 29598 2340,2 3,56 76,07 -11,96 400,46 0,02 3,07

50 -0,30 35162 35618 2326,9 4,26 107,13 -2,49 400,46 0,03 5,27

60 0,62 41894 40821 2316,6 7,00 197,62 5,38 400,46 0,05 9,34

70 1,20 47952 45660 2308,3 10,83 335,28 10,76 400,46 0,09 16,26

80 1,81 53759 50036 2301,0 14,89 497,38 16,56 400,46 0,13 26,52

90 2,63 58996 53282 2294,9 10,14 358,51 24,42 400,46 0,09 33,88

100 3,35 63409 55803 2290,0 10,29 379,86 31,53 400,46 0,10 41,68

110 4,17 67293 57514 2285,9 13,74 524,17 39,62 400,46 0,14 52,48

120 4,62 71091 59876 2282,0 17,37 685,96 44,36 400,46 0,18 66,61

Tabel 11. Hasil perhitungan variasi air tertampung tiap sekat 300 ml (variasi 1c)

Menit

ke

ΔT

(°C)

Pw Pc hfg

(kJ/kg)


(kg/m2 .

10 menit)

η

(%)

(Pa) (W/m2)

10 -7,92 4882 7330 2422,5 5,30 26,66 -48,29 400,46 0,01 0,55

20 -9,58 8870 14713 2395,0 2,61 25,87 -65,67 400,46 0,01 1,08

30 -6,50 14333 19924 2373,0 1,73 24,20 -47,79 400,46 0,01 1,57

40 -4,12 20640 25156 2355,4 1,06 18,95 -31,92 400,46 0,00 1,96

50 -2,50 27275 30572 2341,0 1,43 30,74 -20,24 400,46 0,01 2,58

60 -1,10 33834 35502 2329,1 3,68 90,97 -9,22 400,46 0,02 4,45

70 -0,52 40035 40916 2319,4 9,53 264,85 -4,47 400,46 0,07 9,93

80 0,55 45700 44674 2311,3 10,22 308,14 4,91 400,46 0,08 16,28


26

Tabel 11. Hasil perhitungan variasi air tertampung tiap sekat 300 ml (variasi 1c) (lanjutan)

Menit

ke

ΔT

(°C)

Pw Pc hfg

(kJ/kg)


(kg/m2 .

10 menit)

η

(%) (Pa) (W/m

2)

90 1,10 50896 48700 2304,6 16,74 542,38 9,98 400,46 0,14 27,48

100 1,51 55817 52614 2298,6 8,63 297,66 13,93 400,46 0,08 33,58

110 2,10 60311 55645 2293,4 9,36 338,83 19,61 400,46 0,09 40,53

120 2,81 64402 57896 2288,9 24,96 938,85 26,62 400,46 0,25 59,91

Tabel 12. Hasil perhitungan variasi aliran zig-zag, dan air ditampung pada sekat terakhir

dengan laju aliran air masuk sebesar 0,30 l/jam (variasi 2a)

Menit

ke

ΔT

(°C)

Pw Pc hfg

(kJ/kg)


(kg/m2 .

10 menit)

η

(%) (Pa) (W/m

2)

10 -1,42 7136 7694 2404,8 0,39 2,47 -9,01 400,46 0,00 0,05

20 -1,90 15977 17594 2367,9 1,49 20,70 -13,93 400,46 0,01 0,48

30 -0,63 24337 25067 2347,0 1,02 19,35 -4,92 400,46 0,00 0,88

40 0,44 32001 31375 2332,2 0,88 20,39 3,64 400,46 0,01 1,29

50 1,44 38870 36540 2321,1 2,22 58,57 12,29 400,46 0,02 2,50

60 2,19 44441 40563 2313,1 10,62 306,05 19,17 400,46 0,08 8,84

70 2,71 49116 43981 2306,8 3,95 121,62 24,19 400,46 0,03 11,34

80 2,98 53120 47156 2301,8 10,43 339,52 27,02 400,46 0,09 18,35

90 3,23 56844 50080 2297,4 13,95 475,72 29,64 400,46 0,12 28,18

100 3,64 60053 52144 2293,7 6,94 245,12 33,81 400,46 0,06 33,21

110 4,12 63000 53802 2290,5 5,48 199,29 38,53 400,46 0,05 37,30

120 4,47 65587 55338 2287,7 19,71 734,80 42,20 400,46 0,19 52,49


dengan laju aliran air masuk sebesar 0,45 l/jam (variasi 2b)

Menit

ke

ΔT

(°C)

Pw Pc hfg

(kJ/kg)


(kg/m2 .

10 menit)

η

(%) (Pa) (W/m

2)

10 -1,97 6948 7710 2406,0 0,96 6,07 -12,45 400,46 0,00 0,13

20 -2,61 14730 16837 2371,8 0,83 10,90 -18,94 400,46 0,00 0,35

30 -0,78 22528 23387 2351,0 1,96 35,23 -6,06 400,46 0,01 1,08

40 0,53 29329 28625 2337,0 4,74 102,08 4,32 400,46 0,03 3,19


27


dengan laju aliran air masuk sebesar 0,45 l/jam (variasi 2b) (lanjutan)

Menit

ke

ΔT

(°C)

Pw Pc hfg

(kJ/kg)


(kg/m2 .

10 menit)

η

(%)

(Pa) (W/m2)

50 1,19 35505 33705 2326,4 3,03 74,79 9,97 400,46 0,02 4,72

60 2,03 40413 37051 2318,8 2,94 78,96 17,48 400,46 0,02 6,34

70 3,13 45711 40131 2311,3 3,26 94,42 27,45 400,46 0,02 8,28

80 3,04 48367 42702 2307,8 9,29 281,48 27,00 400,46 0,07 14,10

90 3,94 53204 45428 2301,7 17,95 576,67 35,55 400,46 0,15 26,02

100 4,45 57539 48283 2296,6 4,99 168,66 40,80 400,46 0,04 29,46

110 4,70 56668 47051 2297,6 6,62 220,46 42,84 400,46 0,06 34,04

120 4,59 56217 46851 2298,1 10,47 347,23 41,86 400,46 0,09 41,25

Tabel 14. Hasil perhitungan variasi aliran zig-zag, dan air dikeluarkan melalui sekat

terakhir dengan laju aliran air masuk sebesar 0,30 l/jam (variasi 3a)

Menit

ke

ΔT

(°C)

Pw Pc hfg

(kJ/kg)


(kg/m2 .

10 menit)

η

(%)

(Pa) (W/m2)

10 -1,04 7046 7445 2405,4 2,40 14,98 -6,60 400,46 0,00 0,31

20 -1,31 15519 16590 2369,3 -0,36 -4,86 -9,51 400,46 0,00 0,21

30 0,07 23928 23847 2347,9 0,53 9,88 0,56 400,46 0,00 0,41

40 1,00 31356 29976 2333,4 0,50 11,18 8,19 400,46 0,00 0,64

50 2,00 38100 34936 2322,3 8,41 216,32 17,00 400,46 0,06 5,12

60 2,37 43800 39664 2313,9 2,41 68,58 20,65 400,46 0,02 6,52

70 2,88 48500 43103 2307,6 7,74 235,72 25,64 400,46 0,06 11,39

80 3,68 52798 45550 2302,2 13,12 420,79 33,18 400,46 0,11 20,09

90 4,09 56227 47830 2298,1 13,97 466,78 37,33 400,46 0,12 29,73

100 4,33 58858 49692 2295,1 6,62 228,25 39,87 400,46 0,06 34,42

110 4,42 61277 51650 2292,3 8,05 285,52 41,04 400,46 0,07 40,30

120 4,93 63186 52261 2290,3 21,98 791,83 46,06 400,46 0,21 56,68


28


terakhir dengan laju aliran air masuk sebesar 0,45 l/jam (variasi 3b)

Menit

ke

ΔT

(°C)

Pw Pc hfg

(kJ/kg)


(kg/m2 .

10 menit)

η

(%) (Pa) (W/m

2)

10 -1,95 7071 7839 2405,2 8,77 56,32 -12,36 400,46 0,01 1,17

20 -2,53 15435 17557 2369,5 5,08 69,29 -18,51 400,46 0,02 2,59

30 -0,81 23634 24563 2348,5 2,87 53,42 -6,36 400,46 0,01 3,67

40 0,44 30747 30143 2334,5 3,55 79,59 3,59 400,46 0,02 5,30

50 1,53 36642 34274 2324,5 -1,23 -31,04 12,93 400,46 -0,01 4,63

60 2,23 41234 37510 2317,6 7,87 214,17 19,20 400,46 0,06 9,06

70 2,71 44917 40112 2312,4 4,00 115,25 23,76 400,46 0,03 11,43

80 3,20 48118 42195 2308,1 16,51 497,16 28,36 400,46 0,13 21,71

90 3,66 50593 43606 2305,0 10,83 336,46 32,72 400,46 0,09 28,66

100 4,07 52855 44880 2302,1 7,08 226,11 36,64 400,46 0,06 33,31

110 4,54 55246 46108 2299,3 3,98 130,46 41,19 400,46 0,03 35,98

120 4,94 58008 47746 2296,0 21,53 727,72 45,26 400,46 0,19 51,01


terakhir dengan laju aliran air masuk sebesar 0,90 l/jam (variasi 3c)

Menit

ke

ΔT

(°C)

Pw Pc hfg

(kJ/kg)


(kg/m2 .

10 menit)

η

(%) (Pa) (W/m

2)

10 -2,68 6860 7904 2406,6 3,29 20,86 -16,97 400,46 0,01 0,43

20 -3,19 14946 17586 2371,1 8,81 118,63 -23,26 400,46 0,03 2,89

30 -0,68 23276 24047 2349,3 1,64 30,05 -5,33 400,46 0,01 3,48

40 0,98 30302 28984 2335,3 -0,29 -6,43 7,96 400,46 0,00 3,33

50 2,18 36186 32884 2325,3 3,53 86,95 18,30 400,46 0,02 5,12

60 2,82 41240 36565 2317,6 2,96 79,83 24,26 400,46 0,02 6,75

70 3,54 45060 38862 2312,2 1,07 30,40 30,87 400,46 0,01 7,37

80 4,54 49656 41226 2306,1 4,83 145,97 40,25 400,46 0,04 10,38

90 5,37 52953 42612 2302,0 16,99 532,65 48,10 400,46 0,14 21,40

100 5,75 54268 43051 2300,4 9,55 303,37 51,70 400,46 0,08 27,67

110 5,29 52883 42694 2302,1 4,55 142,73 47,39 400,46 0,04 30,65

120 5,36 52918 42586 2302,1 7,76 243,20 48,08 400,46 0,06 35,69


29

4.3 Pembahasan

Seluruh hasil perhitungan pada Tabel 9 sampai Tabel 16 kemudian akan

dipaparkan secara lebih detail pada subbab 4.3 berikut. Berdasarkan

persamaan (1), hasil distilasi berbanding lurus dengan efisiensi alat distilasi

air energi surya. Oleh karena itu, pada subbab ini pertama-tama menganalisis

efisiensi seluruh variasi yang dilakukan pada alat distilasi air energi surya

jenis absorber kain bersekat.

4.3.1. Efek Jumlah Massa Air Terhadap Unjuk Kerja Alat Distilasi


variasi 1a, 2a, 1b, dan 2b.

Gambar 7 menunjukkan perbandingan efisiensi alat distilasi pada jenis

variasi air yang ditampung pada tiap sekat tanpa adanya aliran masukan,

dengan variasi menggunakan aliran masukan secara zig-zag, dan ditampung

pada sekat terakhir. Dari gambar tersebut, efisiensi maksimum diperoleh

pada variasi tanpa aliran masukan, baik pada jumlah massa air total sebesar

600 ml, maupun 900 ml.

67,68 66,61

52,49

41,25

0

10

20

30

40

50

60

70

80

600 900

Efi

sien

si (

%)

Jumlah Massa Air Total (ml)

Variasi air ditampung pada tiap sekat dalam volume yang sama (variasi 1a, 1b)

Variasi air dialirkan secara zig-zag, dan ditampung di sekat terakhir (variasi 2a, 2b)


30

Gambar 8. Hasil air distilasi pada variasi 1a, 2a, 1b, dan 2b.

Variasi 1a memberikan hasil yang paling optimal untuk alat distilasi

energi surya jenis absorber kain bersekat. Hal tersebut dibuktikan dengan

hasil air distilasi pada variasi 1a merupakan yang paling besar dibandingkan

variasi yang lain (Gambar 8). Tingginya hasil distilasi pada variasi 1a

disebabkan oleh kecilnya jumlah massa air pada tiap sekat, yang

menyebabkan lapisan air menjadi lebih tipis daripada variasi 1b. Dengan

demikian, proses pemanasan air menjadi lebih cepat, dan proses penguapan

menjadi lebih optimal (Ladouy, dan Khabbazi, 2015).

Unjuk kerja alat distilasi air energi surya sendiri dipengaruhi oleh

beberapa faktor antara lain beda temperatur antara temperatur kaca, dan

temperatur absorber (ΔT), quap, dan qkonveksi. Gambar 9 menunjukkan nilai

beda temperatur rata-rata antara temperatur absorber, dan temperatur kaca

selama 2 jam durasi pengambilan data. Nilai ΔT ini sangat berpengaruh

terhadap proses penguapan, dan pengembunan.

Pada beberapa menit pertama, nilai ΔT pada semua variasi bernilai

negatif. Hal ini terjadi karena seluruh bagian air belum sepenuhnya

terpanasi. Oleh karena itu, temperatur kaca akan lebih tinggi daripada

343,5 337,9

265,6

207,8

0

50

100

150

200

250

300

350

400

600 900

Hasi

l A

ir D

isti

lasi

(m

l)





31

temperatur absorber. Ketika ΔT bernilai positif menandakan mulai

diperoleh hasil air distilasi. Semakin besar nilai ΔT menunjukkan

temperatur absorber lebih tinggi daripada temperatur kaca. Temperatur

absorber yang lebih tinggi daripada temperatur kaca akan meningkatkan

laju penguapan yang juga akan meningkatkan hasil distilasi (Abdenacer, dan

Nafila, 2007).

Gambar 9. Beda temperatur (ΔT) rata-rata pada variasi 1a, 2a, 1b, dan 2b.

Dari gambar tersebut, variasi 1b merupakan variasi yang memiliki nilai

ΔT paling rendah dibandingkan ketiga variasi yang lain. Hal ini disebabkan

oleh jumlah massa air pada tiap sekat pada variasi 1b merupakan yang

terbesar, sehingga waktu pemanasan air menjadi lebih lama. Akan tetapi, air

yang tertampung pada jumlah besar, dapat berperan sebagai penyimpan

panas yang dapat meningkatkan temperatur absorber jika air telah cukup

terpanasi. Terlihat bahwa peningkatan nilai ΔT pada variasi 1b merupakan

yang tertinggi. Hal tersebutlah yang menyebabkan hasil air distilasi pada

variasi 1a, dan 1b lebih baik daripada variasi 2a, dan 2b meskipun memiliki

ketebalan yang lebih tinggi.

Sementara itu, pada variasi dengan adanya aliran masukan (2a, dan 2b),

terlihat bahwa nilai ΔT selalu lebih tinggi daripada variasi dengan air

-6

-4

-2

0

2

4

6

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120ΔT

(°C

)

Waktu (menit)

1a 1b 2a 2b


32

tertampung. Hal tersebut menunjukkan bahwa sebenarnya ada potensi hasil

yang lebih baik daripadi variasi dengan air yang tertampung pada tiap sekat.

Gambar 10. Temperatur absorber pada variasi 1a, 1b, 2a, dan 2b.

Air yang dialirkan secara zig-zag bertujuan agar pemanasan air terjadi

secara bertahap seiring dengan aliran air dari sekat pertama ke sekat

berikutnya. Sehingga terjadi peningkatan temperatur seiring berjalannya air

dari sekat pertama ke sekat selanjutnya. Berdasarkan Gambar 10, air yang

dialirkan secara zig-zag ternyata tidak memberikan efek pada peningkatan

nilai temperatur absorber. Terlihat bahwa temperatur absorber pada variasi

1a, 1b relatif sama dengan variasi 2a, dan 2b.

Hal yang membedakan antara variasi 1, dan 2 terdapat pada aliran air.

Berdasarkan pengamatan pada saat eksperimen, terlihat bahwa kain di tiap

sekat pada variasi 1 dapat terbasahi oleh air. Berbeda dengan variasi 2,

terdapat adanya beberapa bagian kain pada tiap sekat yang nampak kering.

Pada laju yang lebih rendah (variasi 2a) terdapat hampir 50% bagian kain

yang tidak terbasahi, dan pada laju yang lebih besar (variasi 2b) terdapat

kurang lebih 25% bagian kain yang tidak terbasahi di tiap sekatnya.

Sehingga dapat diketahui bahwa adanya aliran air memberikan pengaruh

terhadap proses kapilaritas kain.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Tem

per

atu

r (°

C)

Waktu (menit)

1a 1b 2a 2b


33

Proses kapilaritas pada kain terjadi akibat adanya serat-serat kain. Serat-

serat kain tersebut dapat dianalogikan sebagai pipa-pipa kapiler yang

tersusun sejajar. Akibat adanya aliran air, menyebabkan terbentuknya ruang

vakum pada pangkal pipa yang terletak pada bagian sekat tempat air

mengalir. Hal tersebut menyebabkan adanya gaya yang menarik air yang

mengalir naik melalui kapilaritas kain, kembali ke bawah. Sehingga proses

kapilaritas kain tidak dapat berjalan optimal, dan menyebabkan menurunnya

area pemanasan air.

Di samping itu, adanya beberapa bagian kain yang tidak terbasahi juga

diakibatkan oleh keterbatasan pompa dalam mengalirkan air dalam laju

yang rendah. Akibat panas dari lampu, pada saluran air masuk muncul uap

air yang menghambat aliran air yang keluar dari pompa. Hal ini

menyebabkan terjadinya penurunan laju aliran air yang mengharuskan

dilakukan pengaturan kembali di dalam proses pengambilan data.

Faktor kedua yang mempengaruhi hasil distilasi adalah quap. Nilai quap

menunjukkan besarnya energi rata-rata yang digunakan untuk proses

penguapan air (quap) yang merupakan fungsi dari hasil air distilasi. Oleh

karena itu, nilai quap dapat menjadi indikator seberapa besar air yang dapat

diuapkan.

Berdasarkan Gambar 11, nilai quap pada variasi 1a merupakan yang

tertinggi. Hasil ini menunjukkan bahwa proses penguapan air pada variasi

1a merupakan yang terbaik. Hal ini juga menunjukkan bahwa pada alat

distilasi jenis absorber kain bersekat, proses penguapan terbaik terdapat

pada volume air tiap sekat antara 100 ml hingga 150 ml.

Variasi dengan aliran masuk memiliki nilai quap yang selalu lebih rendah

daripada variasi tanpa aliran masuk. Rendahnya nilai quap ini akibat dari

volume air yang tertampung di sekat terakhir cukup besar. Hal tersebut

mengakibatkan lapisan air pada sekat terakhir menjadi yang paling tebal

daripada lapisan air di sekat-sekat sebelumnya. Maka dari itu, air yang

tertampung di sekat terakhir akan memberikan beban pemanasan karena

waktu pemanasan air menjadi lebih lama.


34

Gambar 11. Nilai energi penguapan rata-rata pada variasi 1a, 2a, 1b, dan 2b.

Faktor lain yang mempengaruhi hasil akhir distilasi yaitu nilai qkonveksi.

Nilai qkonveksi menggambarkan energi yang dipindahkan dari air panas yang

tertampung dalam absorber ke permukaan kaca bagian dalam secara

konveksi. Pada Gambar 12, terlihat bahwa variasi dengan air yang

tertampung memiliki nilai qkonveksi yang lebih tinggi daripada variasi dengan

mengalirkan air. Aliran air pada alat penelitian ini justru menurunkan nilai

qkonveksi. Hal ini menunjukkan, perpindahan panas yang terjadi ketika air

mengalir tidak sebaik bila air ditampung dalam tiap sekat.

Nilai quap, dan qkonveksi juga mempengaruhi proses pembentukan embun

pada kaca penutup. Pada variasi 1a, dan 1b dengan air tertampung pada tiap

sekat berada dalam volume yang sama, menyebabkan jarak antara

permukaan air dengan kaca penutup semakin dekat. Dalam pengamatan

pada saat eksperimen, hal ini berakibat pada bentuk embun yang dihasilkan

yaitu embun jenis droplet.

Embun jenis droplet dapat memberikan hasil yang lebih optimal karena

setelah embun droplet mengalir ke saluran penampung, permukaan kaca

akan menjadi bersih sehingga panas matahari dapat masuk, dan embun baru

terbentuk kembali. Akan tetapi, jenis embun ini sekaligus menjadi isolator

273,6 269,6

212,0

166,4

0

50

100

150

200

250

300

600 900

qu

ap (

W/m

2)





35

panas karena menghalangi panas matahari yang masuk. Di samping itu,

akibat adanya tegangan permukaan pada kaca, sebelum embun droplet

memiliki massa yang lebih besar dari tegangan permukaan tersebut, embun

tidak dapat mengalir ke talang penampungan.

Gambar 12. Nilai qkonveksi rata-rata pada variasi 1a, 2a, 1b, dan 2b.

Pada variasi 2a, dan 2b, jenis embun droplet hanya terbentuk pada awal

proses pengambilan data saja. Setelah itu, embun yang terbentuk adalah

jenis film. Jenis tersebut berupa aliran air yang sangat tipis sehingga tidak

begitu nampak. Hal ini membuat efek isolator panas dari embun tidak

sebesar variasi 1a, dan 1b. Akan tetapi, hasil yang diperoleh dari embun

jenis film ini jauh lebih rendah karena ketika embun yang terbentuk berjenis

film, permukaan kaca akan selalu tertutup oleh embun. Embun tersebut akan

menjadi isolator panas yang masuk hingga akhir pengambilan data.

4.3.2. Efek Laju Aliran Air Terhadap Unjuk Kerja Alat Distilasi

Analisis kedua dilakukan berdasarkan variasi laju aliran air yang masuk

absorber terhadap unjuk kerja alat distilasi air energi surya jenis absorber

kain bersekat. Perbandingan dilakukan berdasarkan jumlah massa air total

7,97 8,23

6,42

5,58

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

600 900

qk

on

vek

si (

W/m

2)





36

yang digunakan selama proses pengambilan data, dengan variasi „1‟

merupakan variasi tanpa aliran air (laju aliran = 0 liter/jam), dan variasi „3‟

merupakan variasi dengan adanya aliran air.


variasi 1a, 3a, 1b, 3b, 1c, dan 3c.

Gambar 13 menunjukkan bahwa efisiensi tertinggi diperoleh pada

variasi dengan jumlah massa air total paling minimum, yaitu sebesar

600 ml, baik untuk variasi 1, maupun 3. Kemudian hasil akan menurun

dengan peningkatan jumlah massa air total. Sementara itu, bila dilihat

berdasarkan jumlah massa air total yang sama, maka variasi tanpa aliran

masukan akan memiliki efisiensi yang selalu lebih tinggi daripada variasi

dengan adanya aliran masukan.

Hal tersebut disebabkan karena variasi tanpa aliran masukan dapat

mengoptimalkan fungsi kain untuk mendistribusikan air ke bagian yang

lebih tinggi. Sedangkan pada variasi dengan adanya aliran masukan, air

yang mengalir berada dalam laju aliran yang rendah, sehingga air memiliki

lapisan yang tipis. Di samping itu, sama seperti dalam pembahasan

sebelumnya, aliran air menyebabkan turunnya kemampuan kapilaritas kain.

Dalam pengamatan pada saat eksperimen, pada laju aliran yang rendah

67,68 66,61 59,91

56,68

51,01

35,69

0

10

20

30

40

50

60

70

80

600 900 1800

Efi

sien

si (

%)


Variasi tanpa aliran masuk (variasi 1a, 1b, dan 1c)

Variasi dengan adanya aliran masuk secara zig-zag, dan dikeluarkan dari sekat

terakhir (variasi 3a, 3b, dan 3c)


37

(variasi 3a, dan 3b), terdapat bagian kain yang kering, yang berarti luasan

absorber untuk memanaskan air menjadi berkurang.

Apabila laju aliran air masukan diperbesar (variasi 3b, dan 3c), maka

luasan kain yang dapat berfungsi untuk proses pemanasan menjadi lebih

besar. Akan tetapi, air dalam laju aliran yang besar memiliki lapisan yang

lebih tebal, sehingga proses pemanasan air memerlukan waktu yang lebih

lama (Mahdi, dan Smith, 1994). Sebelum air dapat teruapkan, air akan

mengalir keluar dari alat distilasi melalui sekat paling akhir. Itulah yang

menyebabkan variasi 3b, dan 3c memiliki efisiensi yang lebih rendah

daripada variasi 3a.

Gambar 14. Hasil air distilasi pada variasi 1a, 3a, 1b, 3b, 1c, dan 3c.

Seperti yang telah dijelaskan dalam subbab sebelumnya, efisiensi

berbanding lurus dengan hasil air distilasi. Oleh karena itu, hasil air distilasi

pada variasi 1a merupakan yang tertinggi untuk semua variasi. Sementara

variasi 3a memberikan hasil distilasi tertinggi untuk variasi dengan adanya

aliran masukan secara zig-zag, dan dikeluarkan dari sekat terakhir.

Berdasarkan Gambar 14, hasil air distilasi akan semakin menurun

seiring dengan peningkatan jumlah massa air total yang digunakan selama

343,5 337,9

303,0 286,5

257,2

179,5

0

50

100

150

200

250

300

350

400

600 900 1800

Hasi

l A

ir D

isti

lasi

(m

l)



Variasi dengan adanya aliran masuk secara zig-zag, dan dikeluarkan dari

sekat terakhir (variasi 3a, 3b, dan 3c)


38

proses pengambilan data. Pada variasi tanpa aliran masukan, penambahan

massa air menyebabkan ketebalan air pada tiap sekat semakin besar.

Sehingga proses pemanasan memerlukan waktu yang lebih lama (Ladouy,

dan Khabbazi, 2015). Pada variasi 1c dengan jumlah massa air tiap sekat

sebesar 300 ml, menyebabkan hampir seluruh permukaan kain pada tiap

sekat tertutup oleh air. Hanya tersisi kurang dari 25% bagian kain yang tidak

terendam air. Hal ini menyebabkan kain tidak dapat bekerja optimal untuk

mendistribusikan air dengan ketebalan yang tipis.

Sementara pada variasi dengan adanya aliran masukan, penambahan

jumlah massa air total dilakukan dengan memperbesar laju aliran air.

Dengan memperbesar laju aliran air, menyebabkan volume air yang keluar

dari dalam alat distilasi meningkat. Pada variasi 3a, jumlah air yang keluar

sebesar 120 ml, variasi 3b sebesar 465 ml, dan variasi 3c 1800 ml. Air yang

keluar dari alat distilasi merupakan rugi-rugi energi.

Gambar 15. Beda temperatur (ΔT) rata-rata pada variasi 1a, 3a, 1b, 3b, 1c,

dan 3c.

Gambar 15 menunjukkan nilai ΔT dengan tren yang selalu meningkat

untuk seluruh variasi. Akan tetapi, pada beberapa menit pertama

pengambilan data, untuk variasi tanpa aliran masukan, temperatur absorber

jauh lebih rendah daripada temperatur kaca. Hal ini ditunjukkan dengan

nilai ΔT yang berada di bawah sumbu horizontal.

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

ΔT

(°C

)

Waktu (menit) 1a 1b 1c 3a 3b 3c


39

Pada jumlah massa air total sebesar 1800 ml (variasi 1c), diperoleh nilai

ΔT yang jauh di bawah sumbu horizontal pada 20 menit pertama

pengambilan data. Bahkan hingga akhir pengambilan data, nilai ΔT variasi

1c relatif jauh lebih rendah daripada variasi lainnya. Hal ini akibat dari

massa air yang ditampung pada tiap sekat pada variasi 1c merupakan yang

terbesar. Sehingga, selama durasi pengambilan data, temperatur absorber

masih cenderung lebih rendah dibandingkan temperatur kaca.

Sementara pada variasi dengan adanya aliran masukan, terlihat bahwa

absorber akan mengalami peningkatan temperatur lebih cepat pada laju

aliran yang kecil. Hal ini ditunjukkan dengan nilai ΔT pada variasi 3a, akan

bernilai positif lebih cepat daripada variasi 3b, dan 3c. Akan tetapi, laju

aliran air yang semakin besar dapat memperluas area pemanasan air

sehingga peningkatan nilai ΔT optimal terjadi pada variasi 3c.

Gambar 16. Temperatur rata-rata air, dan kaca pada variasi 3a, 3b, dan 3c.

Berdasarkan Gambar 16, terlihat bahwa selisih temperatur rata-rata

terbesar sebenarnya terdapat pada variasi 3c. Temperatur kaca yang semakin

rendah memberikan efek pada meningkatnya laju pengembunan pada kaca

(Abdenacer, dan Nafila, 2007). Namun berdasarkan Gambar 14, justru

variasi ini memiliki hasil yang terburuk. Temperatur kaca sendiri selain

73,83

72,35 72,11 71,55

70,52

69,67

67

68

69

70

71

72

73

74

75

3a 3b 3c

Tem

per

atu

r (°

C)

Variasi

Temperatur rata-rata air dalam sekat Temperatur rata-rata kaca penutup


40

dipengaruhi oleh panas matahari yang masuk juga akan menerima panas

dari hasil pengembunan. Sehingga rendahnya temperatur pada kaca bisa

terjadi karena tidak adanya embun yang terbentuk pada permukaan kaca

bagian dalam. Sehingga dapat dikatakan bahwa pada laju aliran yang

semakin besar, tidak terjadi penguapan yang optimal karena jumlah massa

air yang terlalu besar.

Hal lain yang menyebabkan rendahnya hasil air distilasi pada variasi 3c

adalah nilai quap. Gambar 17 menunjukkan variasi dengan adanya aliran air

memiliki nilai quap yang selalu lebih rendah daripada variasi tanpa adanya

aliran. Variasi dengan laju aliran terbesar (variasi 3c) sebenarnya dapat

mengoptimalkan sifat kapilaritas kain, yaitu seluruh luasan kain pada sekat

dapat terbasahi oleh air. Akan tetapi, karena laju aliran yang tinggi, maka air

akan menyerap panas dari absorber, dan kemudian mengalir keluar dari

sekat terakhir tanpa sempat menguap terlebih dahulu.

Gambar 17. Nilai energi penguapan rata-rata pada variasi 1a, 3a, 1b, 3b, 1c,

dan 3c.

Sementara untuk variasi dengan adanya aliran air, diperoleh nilai quap

paling optimal pada variasi 3a. Nilai ini diperoleh akibat laju aliran air yang

rendah, yang menyebabkan air dapat menyerap panas dari absorber secara

273,62 269,57 242,34

228,75 206,24

144,02

0

50

100

150

200

250

300

600 900 1800

qu

ap (

W/m

2)






41

lebih optimal. Meskipun luasan absorber yang berguna untuk pemanasan air

pada laju aliran rendah lebih kecil daripada laju aliran yang besar, namun

efek kerugian energi yang ditimbulkan dari air yang keluar dapat

diminimalisasikan. Di samping itu, melalui sifat kapilaritas kain, maka

terbentuk ketebalan air yang minimum. Hal inilah yang menyebabkan hasil

air distilasi pada variasi 3a paling tinggi dibandingkan variasi 3b, dan 3c.

Sementara itu, pada variasi tanpa adanya aliran air menunjukan nilai

quap optimal terdapat pada variasi dengan jumlah massa air terkecil (variasi

1a). Kemudian nilai quap akan semakin menurun dengan penambahan jumlah

massa air total. Hal ini menunjukkan bahwa proses penguapan akan

berlangsung lebih baik bila air ditampung pada tiap sekat tanpa aliran air.

Apabila dilihat berdasarkan jumlah massa air total yang digunakan,

maka terjadi penurunan quap terbesar pada jumlah massa air total sebesar

1800 ml. Hal ini terjadi karena volume yang besar mengakibatkan proses

penguapan menjadi lebih lama. Di samping itu, embun yang terbentuk pada

permukaan kaca bagian dalam juga berpengaruh pada proses pemanasan air.

Gambar 18. Nilai qkonveksi rata-rata pada variasi 1a, 3a, 1b, 3b, 1c, dan 3c.

Dalam pengamatan pada saat eksperimen, jumlah massa air yang besar

akan menyebabkan terbentuknya embun droplet lebih cepat. Akan tetapi,

7,97 8,23 7,94

7,11 7,57

5,39

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

600 900 1800

qk

on

vek

si (

W/m

2)






42

embun droplet yang terbentuk berupa dead droplet. Jenis embun dead

droplet di samping menjadi isolator panas yang masuk, juga menjadi

penghambat aliran embun dari bagian kaca yang lebih tinggi. Sehingga hasil

air distilasi yang diperoleh selama dua jam pengambilan data menjadi lebih

rendah.

Gambar 18 menunjukkan tren yang identik dengan Gambar 17, dengan

nilai qkonveksi pada variasi tanpa aliran masukan selalu lebih tinggi daripada

variasi dengan adanya aliran air. Rendahnya nilai qkonveksi pada variasi

dengan adanya aliran masukan, akibat dari rendahnya massa air dalam sekat.

Sehingga jarak antara permukaan air dengan permukaan kaca bagian dalam

menjadi lebih jauh. Hal ini menyebabkan proses perpindahan panas dari

absorber ke kaca tidak optimal.

Gambar 19. Energi rata-rata yang terbuang dari alat distilasi.

Berbeda dengan nilai quap, Gambar 18 menunjukkan variasi 1b, dan 3b

justru memiliki nilai qkonveksi tertinggi. Hal ini terjadi akibat dari jumlah

massa air yang lebih besar menyebabkan luasan absorber yang berguna

untuk proses pemanasan air pada variasi 1b, dan 3b lebih besar daripada

variasi 1a, dan 3a. Di samping itu, jumlah massa air pada variasi 1b, dan 3b

0,11

1,25

8,14

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

3a 3b 3c

En

ergi

yan

g T

erb

uan

g (

Watt

)

Variasi


43

menyebabkan permukaan air dengan permukaan kaca bagian dalam menjadi

lebih dekat yang dapat meningkatkan laju penguapan air.

Faktor lain yang menyebabkan hasil air distilasi pada variasi dengan

adanya aliran air lebih rendah daripada variasi tanpa aliran air terletak pada

rugi-rugi energi. Pada variasi dengan aliran air, terdapat air panas yang

keluar dari alat sebagai rugi-rugi energi, sementara pada variasi tanpa aliran

air tidak. Gambar 19 menunjukkan besarnya kerugian energi berupa air

panas yang tidak teruapkan, dan terbuang keluar dari alat distilasi. Antara

ketiga variasi tersebut, terdapat selisih kerugian energi yang cukup

signifikan.

Gambar 20. Temperatur rata-rata air masuk, dan air keluar dari alat distilasi.

Perbedaan yang cukup besar tersebut akibat dari pengaruh laju aliran air

masukan. Laju aliran yang lebih rendah menyebabkan proses pemanasan air

menjadi lebih lama. Sehingga air panas yang keluar pada variasi 3a jauh

lebih sedikit karena hampir seluruh air telah menguap sebelum air keluar

dari alat distilasi.

Sementara itu, laju aliran air yang semakin besar akan membawa keluar

air dengan temperatur yang relatif jauh lebih tinggi (Gambar 20). Hal

tersebut berarti rugi-rugi energi yang terbuang keluar juga akan semakin

26,8 27,0 27,2 30,47

37,81

45,29

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

3a 3b 3c

Tem

per

atu

r (°

C)

Variasi

Temperatur air masuk Temperatur air keluar


44

besar. Tingginya temperatur air yang keluar pada variasi 3c terjadi karena

laju aliran yang semakin besar dapat meningkatkan luasan area pemanasan

air. Sehingga air dapat menyerap panas secara lebih optimal daripada variasi

dengan laju yang lebih rendah.

4.3.3. Analisis Energi Terhadap Unjuk Kerja Alat Distilasi

Analisis ketiga mengenai efek kerugian energi terhadap unjuk kerja

distilasi air energi surya jenis absorber kain bersekat ini membandingkan

antara variasi 2, dan variasi 3. Perbedaan kedua variasi tersebut terletak

pada mekanisme aliran air kotor, dengan, dan tanpa adanya aliran air keluar

dari dalam alat distilasi. Pada variasi 2, air akan ditampung pada sekat

terakhir setelah mengalir melewati tiap sekat secara zig-zag. Sementara pada

variasi 3, air yang tidak teruapkan setelah air mengalir melewati tiap sekat

secara zig-zag, akan dikeluarkan melalui sekat terakhir.

Gambar 21. Perbandingan efisiensi pada variasi 2a, 3a, 2b, dan 3b.

Air yang keluar dari alat distilasi membawa energi panas keluar

sehingga merupakan sebuah rugi-rugi energi. Adanya rugi-rugi energi yang

keluar dari alat distilasi ini akan berpengaruh terhadap hasil akhir distilasi

(Janarthanan, Chandrasekaran, dan Kumar, 2005). Kerugian terbesar terjadi

52,49

41,25

56,68

51,01

0

10

20

30

40

50

60

0,30 0,45

Efi

sien

si (

%)

Laju Aliran (liter/jam)

Variasi air kotor dialirkan secara zig-zag dan ditampung pada sekat terakhir

(variasi 2a, dan 2b)

Variasi air kotor dialirkan secara zig-zag dan dikeluarkan melalui sekat terakhir



45

pada awal pengambilan data karena absorber belum sepenuhnya

terpanaskan.

Akan tetapi, berdasarkan Gambar 21, justru variasi 3 yang selalu

memiliki efisiensi lebih tinggi daripada variasi 2 meskipun terdapat energi

panas yang terbuang dari alat distilasi. Hasil tersebut berlaku baik pada laju

aliran air sebesar 0,30 liter/jam, maupun 0,45 liter/jam.

Jika dilihat berdasarkan variasi laju aliran air, laju aliran 0,30 liter/jam

menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi daripada variasi dengan laju aliran

0,45 liter/jam. Hal tersebut terjadi akibat laju aliran yang semakin besar

menyebabkan air akan cepat tertampung pada sekat terakhir (variasi 2), atau

menyebabkan semakin banyak air yang keluar dari alat distilasi (variasi 3).

Jika air yang tertampung semakin besar, maka beban pemanasan menjadi

lebih besar. Sementara bila air yang keluar semakin banyak, menyebabkan

semakin besar kerugian energi yang keluar dari alat distilasi.

Gambar 22. Hasil air distilasi pada variasi 2a, 3a, 2b, dan 3b.

Berdasarkan Gambar 22, jika dilihat berdasarkan laju aliran yang sama,

maka laju aliran yang semakin besar akan menyebabkan terjadinya

penurunan hasil air distilasi yang cukup signifikan pada variasi 2. Pada laju

265,6

207,8

286,5 257,2

0

50

100

150

200

250

300

350

0,30 0,45

Hasi

l A

ir D

isti

lasi

(m

l)




Variasi air kotor dialirkan secara zig-zag dan dikeluarkan melalui sekat

terakhir (variasi 3a, dan 3b)


46

aliran sebesar 0,30 liter/jam terjadi peningkatan dari variasi 2a ke 3a hanya

sebesar 8%. Hal ini berarti perlakuan pada variasi 2a memberikan hasil yang

relatif sama dengan variasi 3a.

Akan tetapi, pada laju aliran sebesar 0,45 liter/jam, peningkatan hasil

dari variasi 2b ke 3b mencapai angka 24%. Hal ini menunjukkan bahwa

perlakuan yang terdapat pada variasi 2b memberikan pengaruh yang

signifikan terhadap hasil distilasi. Perlu diingat bahwa baik pada variasi 2

maupun variasi 3, keduanya mengalami kerugian akibat efek aliran air

seperti yang telah dijelaskan dalam subbab sebelumnya. Sehingga pada laju

aliran yang sama, baik variasi 2 maupun 3, memiliki luasan kain yang tidak

terbasahi yang relatif sama.

Hal yang membedakan adalah adanya air yang tertampung pada sekat

terakhir pada variasi 2, sementara pada variasi 3 tidak. Apabila laju aliran

air diperbesar, maka sekat terakhir pada variasi 2 akan semakin cepat terisi

penuh. Sehingga beban pemanasan akan semakin besar yang mengakibatkan

proses pemanasan air pada sekat terakhir menjadi lebih lama.

Lamanya proses pemanasan tersebut diakibatkan oleh distribusi

temperatur pada plat absorber secara keseluruhan. Air yang tertampung di

sekat terakhir memiliki temperatur yang relatif paling rendah dibanding air

di sekat-sekat sebelumnya. Hal tersebut disebabkan oleh karena air yang

tertampung dalam jumlah yang besar menyebabkan kapasitas panas yang

terakumulasi di sekat terakhir semakin besar, sehingga temperatur air

menjadi menurun.

Sehingga proses perpindahan kalor konveksi dari plat absorber di

bawah sekat terakhir ke air yang tertampung menjadi lebih cepat. Hal

tersebut menyebabkan plat absorber yang berada di bawah sekat terakhir

bertemperatur lebih rendah. Hal tersebut menyebabkan terjadinya

perpindahan panas konduksi dari bagian plat absorber yang lebih tinggi ke

plat absorber di bawah sekat terakhir.

Berbeda dengan variasi 2, variasi 3 memiliki proses pemanasan yang

relatif lebih cepat. Meskipun terdapat kerugian energi panas yang keluar


47

dari alat distilasi, namun air yang mengalir pada tiap sekat akan memiliki

jumlah massa air yang relatif sama. Sehingga variasi 3 memiliki laju

penguapan pada tiap sekat yang relatif seragam. Oleh karena itu, dapat

dikatakan bahwa pada variasi 3 terdapat 6 sekat yang dapat berfungsi

optimal, sementara pada variasi 2 hanya terdapat 5 sekat yang memberikan

laju penguapan relatif sama secara optimal.

Penjelasan tersebut menunjukan, bahwa air yang tertampung di sekat

terakhir lebih merugikan daripada kerugian akibat dari air yang mengalir

keluar dari alat distilasi. Kerugian dari air yang tertampung di sekat terakhir

merupakan sebuah rugi-rugi internal. Hal tersebut dikarenakan air yang

tertampung dalam jumlah besar memerlukan waktu pemanasan yang lebih

panjang, dan berpengaruh terhadap temperatur absorber secara keseluruhan.

Gambar 23. Beda temperatur (ΔT) rata-rata pada variasi 2a, 3a, 2b, dan 3b.

Berdasarkan Gambar 23, nampak bahwa setiap variasi memiliki nilai

ΔT yang relatif sama pada akhir pengambilan data. Akan tetapi, perbedaan

yang cukup signifikan terjadi pada 20 menit pertama pengambilan data.

Pada laju aliran 0,45 liter/jam (variasi 2b, dan 3b), temperatur mula-mula

absorber lebih rendah daripada variasi dengan laju 0,30 liter/jam (variasi 2a,

dan 3a).

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

ΔT

(°C

)

Waktu (menit)

2a 3a 2b 3b


48

Setelah melewati 20 menit pengambilan data, peningkatan temperatur

absorber pada variasi dengan laju 0,45 liter/jam menjadi lebih besar. Hal

tersebut terjadi karena laju 0,45 liter/jam memiliki area kontak yang lebih

luas daripada laju 0,30 liter/jam. Area kontak yang dimaksud di sini adalah

area yang bisa digunakan air untuk penyerapan panas baik dari lampu

(matahari) maupun dari absorber. Luasan kontak yang semakin besar juga

dapat mengoptimalkan kain agar dapat mendistribusikan air ke daerah yang

lebih tinggi dalam ketebalan lapisan air yang minimum.

Gambar 24. Nilai quap rata-rata pada tiap variasi dengan air kotor yang

dialirkan secara zig-zag.

Akan tetapi, laju yang semakin besar juga memberikan efek lain. Laju

aliran air yang besar pada alat distilasi jenis absorber kain bersekat ini

terbatas hanya pada sekat keenam saja. Pada variasi dengan air ditampung

di sekat terakhir, laju yang semakin besar akan memberikan beban

pemanasan yang lebih tinggi di sekat terakhir.

Nilai quap yang ditunjukan pada Gambar 24 memiliki nilai yang

berbanding lurus dengan hasil air distilasi. Oleh karena itu diperoleh variasi

3a dengan nilai quap paling optimal daripada ketiga variasi lain. Secara

keseluruhan, proses penguapan pada variasi 3 dapat berlangsung lebih baik

211,97

166,41

228,75 206,24

0

50

100

150

200

250

0,30 0,45

qu

ap (

W/m

2)







49

daripada variasi 2 karena air pada setiap sekat pada variasi 3 menerima

panas yang realtif merata. Sementara pada variasi 2, pemanasan air

cenderung tidak merata akibat dari air yang ditampung pada sekat terakhir.

Gambar 25. Nilai qkonveksi rata-rata pada tiap variasi dengan air kotor yang

dialirkan secara zig-zag.

Jika dibandingkan dengan nilai qkonveksi pada Gambar 25, semakin besar

nilai quap menyebabkan nilai qkonveksi juga meningkat. Peningkatan nilai

qkonveksi tersebut menunjukkan bahwa proses perpindahan panas dari uap

yang dihasilkan ke kaca penutup dapat berlangsung optimal.

6,42

5,58

7,11 7,57

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0,30 0,45

qk

on

vek

si (

W/m

2)







50

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan mengenai efek aliran zig-

zag pada unjuk kerja alat distilasi air energi surya jenis absorber kain

bersekat, diperoleh kesimpulan sebagai berikut :

1. Jumlah massa air total dalam absorber yang memberikan unjuk kerja

optimal berkisar antara 600 ml hingga 900 ml dengan air ditampung di tiap

sekat dalam jumlah yang sama. Pada penelitian ini, dengan volume air tiap

sekat sebesar 100 ml, dan 150 ml diperoleh hasil air distilasi berturut-turut

sebesar 0,43 l/(jam.m2) dengan efisiensi 67,68%, dan 0,42 l/(jam.m

2)

dengan efisiensi 66,61%.

2. Aliran air menyebabkan penurunan kemampuan kapilaritas kain, sehingga

unjuk kerja terbaik didapat pada variasi tanpa adanya aliran air yaitu

dengan hasil air distilasi sebesar 0,43 l/(jam.m2) dengan efisiensi 67,68%.

Sementara untuk variasi dengan adanya aliran air yang dialirkan secara

zig-zag, laju aliran sebesar 0,3 l/jam dengan air dikeluarkan dari sekat

terakhir merupakan variasi dengan hasil terbaik yaitu sebesar

0,36 l/(jam.m2) dengan efisiensi 56,68%.

3. Air yang ditampung pada sekat terakhir memberikan beban pemanasan

yang lebih besar daripada kerugian energi dari air yang mengalir keluar

melalui sekat terakhir. Pada penelitian ini, nilai optimal diperoleh pada

variasi dengan adanya aliran air yang dialirkan secara zig-zag, dan

dikeluarkan dari sekat terakhir pada laju aliran sebesar 0,30 l/jam. Variasi

tersebut menghasilkan air distilasi sebanyak 0,36 l/(jam.m2), dan efisiensi

sebesar 56,68%.


51

5.2 Saran

Saran dari penulis untuk memperbaiki penelitian-penelitian berikutnya,

antara lain :

1. Perlunya menggunakan pompa yang dapat mengalirkan air pada laju aliran

rendah, dan konstan.

2. Agar diperoleh data yang lebih valid, baik bila menggunakan sensor

temperatur pada setiap sekat untuk mengetahui secara detail temperatur air

pada setiap sekat.


52

DAFTAR PUSTAKA

Abdenacer, P. K., dan Nafila, S. (2007) „Impact of temperature difference (water-

solar collector) on solar-still global efficiency‟, Desalination, 209(1-3

SPEC. ISS.), pp. 298–305. doi: 10.1016/j.desal.2007.04.043.

Aburideh, H., et al. (2012) „An Experimental Study of a Solar Still : Application

on the sea water desalination of Fouka‟, 33, pp. 475–484. doi:

10.1016/j.proeng.2012.01.1227.

Ahmed, H. M., dan Ibrahim, G. (2016) „Performance Evaluation of a

Conventional Solar Still with Different Types and layouts of Wick Materials

Performance Evaluation of a Conventional Solar Still with Different Types

and layouts of Wick Materials‟, (September).

Al-hassan, G. A., dan Algarni, S. A. (2013) „Exploring of Water Distillation by

Single Solar Still Basins‟, American Journal of Climate Change, 02(01), pp.

57–61. doi: 10.4236/ajcc.2013.21006.

Alkan, P. İ. (2003) „Theoretical and Experimental Investigations on Solar

Distillation of İYTE Gülbahçe Campus Area Seawater MS Program :

Energy Engineering‟, Energy Engineering, (April).

Arismunandar, W. (1995) Teknologi Rekayasa Surya. Jakarta: Pradnya Paramita.

Bhattacharyya, A. (2017) „Solar Stills for Desalination of Water in Rural

Households‟, International Journal of Environment and Sustainability, 2(1),

pp. 21–30. doi: 10.24102/ijes.v2i1.326.

Christian, W. A. (2018) Efek Massa dan Temperatur Air Masuk Terhadap Unjuk

Kerja Alat Distilasi Air Energi Surya Bersekat Penampung Air. Yogyakarta.

Forbes, G. B. (2012) Human Body Composition : Growth, Aging, Nutrition, and

Activity. New York: Springer Verlag.

Garg, H. P., dan Mann, H. S. (1977) „Technical Note‟, European Social Policy,

Today and Tomorrow, pp. ix–xi. doi: 10.1016/B978-0-08-021444-3.50005-

7.

Goel, P. K. (2006) Water Pollution: Causes, Effects and Control. New Delhi:

New Age International.

Indonesia, U. (2012) „Air Bersih, Sanitasi & Kebersihan‟.

Janarthanan, B., Chandrasekaran, J., dan Kumar, S. (2005) „Evaporative heat loss

and heat transfer for open- and closed-cycle systems of a floating tilted wick

solar still‟, Desalination, 180(1–3), pp. 291–305. doi:

10.1016/j.desal.2005.01.010.


53

Jansen, T. J. (1985) Solar Engineering Technology. Michigan: Prentice-Hall.

Kalidasa Murugavel, K., dan Srithar, K. (2011) „Performance study on basin type

double slope solar still with different wick materials and minimum mass of

water‟, Renewable Energy, 36(2), pp. 612–620. doi:

10.1016/j.renene.2010.08.009.

Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (2016) „Jurnal Energi‟, 2, p. 20.

Ladouy, S., dan Khabbazi, A. (2015) „Experimental study of the water depth

effect and the impact of condensers connection in a new desalination system

by HDH process , using solar energy‟, 74, pp. 952–959. doi:

10.1016/j.egypro.2015.07.726.

Mahdi, J. T., dan Smith, B. E. (1994) „Solar Distillation Of Water Using A V-

Trough Solar Concentrator With A Wick-Type Solar Still', Mechanical

Engineering Department, Brunel University, Uxbridge, Middlesex, UB8

3PH, U.K.‟, 5(Mahdi 1992), pp. 520–523.

McCluney, W. R. (1984) „Solar distillation of pond (muddy) water‟, Energy

Conversion and Management, 24(1), pp. 1–4. doi: 10.1016/0196-

8904(84)90044-X.

Minasian, A. N., dan Al-Karaghouli, A. A. (1995) „An improved solar still: The

wick-basin type‟, Energy Conversion and Management, 36(3), pp. 213–217.

doi: 10.1016/0196-8904(94)00053-3.

Naim, M. M., dan Abd El Kawi, M. A. (2003) „Non-conventional solar stills. Part

1. Non-conventional solar stills with charcoal particles as absorber

medium‟, Desalination, 153(1–3), pp. 55–64. doi: 10.1016/S0011-

9164(02)01093-7.

Panchal, H. N., dan Shah, P. K. (2012) „Effect of Varying Glass cover thickness

on Performance of Solar still:in a Winter Climate Conditions. International

Journal of Renewable Energy Research (IJRER).‟, (October), pp. 212–23.

Sifat, A. I., dan Uddin, M. (2016) „ICMERE2015-PI-050‟, (January).

Sodha, M. S., et al. (1981) „Simple multiple wick solar still: Analysis and

performance‟, Solar Energy, 26(2), pp. 127–131. doi: 10.1016/0038-

092X(81)90075-X.

Tiwari, A. K., dan Tiwari, G. N. (2006) „Effect of water depths on heat and mass

transfer in a passive solar still: in summer climatic condition‟, Desalination,

195(1–3), pp. 78–94. doi: 10.1016/j.desal.2005.11.014.

Tiwari, G. N., Singh, H. N., dan Tripathi, R. (2003) „Present status of solar

distillation‟, Solar Energy, 75(5), pp. 367–373. doi:

10.1016/j.solener.2003.07.005.


54

Udhayabharathi, K., et al. (2015) „Performance analysis of wick type solar stills‟,

International Journal of Chemical Sciences, 13(3), pp. 1109–1122.

Velmurugan, V., dan Srithar, K. (2007) „Solar stills integrated with a mini solar

pond - analytical simulation and experimental validation‟, Desalination,

216(1–3), pp. 232–241. doi: 10.1016/j.desal.2006.12.012.

Wibawa, U. (2017) Pendekatan Praktis Pembangkit Energi Baru & Terbarukan.

Malang: UB Press.


55

LAMPIRAN

Lampiran 1. Foto Alat Penelitian


56

Lampiran 2. Tabel Sifat Air, dan Uap Jenuh

Sumber : Jansen (1985)


57

Lampiran 3. Tabel Sifat Air (Cair Jenuh)

Sumber : Jansen (1985)


58

Lampiran 4. Draf artikel yang telah dideseminasikan dalam ICSAS 2019

Effects of Water Heating Time on the Efficiency of

a Wick-Covered Partition Solar Still

Dimas Hanung Pamungkas1, a)

and F. A. Rusdi Sambada1, b)

1Department of Mechanical Engineering, Faculty of Science and Technology, Sanata Dharma

University, Yogyakarta, Indonesia

a)

Corresponding author: [email protected] b)

[email protected]

Abstract. Clean water is a rare thing to find because many water sources are contaminated with

wasting product from industry. One way to get drinkable water from contaminated water is by

distillation using solar energy. The type of distillation that is widely used is basin and wick type

absorber. The basin type has an advantage on the small loss of heat energy coming out of the

distillation tool, but has low effectiveness on evaporation process. While the type of wick absorber

has a higher effectiveness, but there is a loss energy coming out of the distillation tool greater than the

basin type. This study aims to discover the effect of water heating time on the efficiency of solar

water distillation. This research uses an experimental method by making model which is combining

the advantages of basin and wick type absorber become a wick-covered partition solar still. Variables

varied in this study are (1) the type of solar still with water is accommodated and flowed on each

partition, and (2) the type of solar still with and without any wasted energy out of the solar still. Our

results show that variations without any loss of energy and water are accommodated at a volume of

100 ml in each partition have efficiency up to 67.7%.

INTRODUCTION

In maintaining survival, humans will not escape the use of water. Humans need water for their

daily needs such as washing, cooking, bathing, and so on. Water is also an irreplaceable basic

human need, that is drinking. About 72.4% of human body consists of water (Forbes, 2012).

Therefore, the need for clean water is very absolute. However, the availability of clean water is a

problem nowadays.

The scarcity of clean water is caused by the increasing amount of water pollution, both river

and groundwater, along with the development of technology, and industry. This water pollution

causes water quality to decrease until it cannot function according to its designation (Goel, 2006).

Indonesian people, especially in remote areas, are accustomed to consuming groundwater and river

water directly. This condition is the beginning of the emergence of various problems, especially

problems related to human health. Based on data from UNICEF Indonesia (Indonesia, 2012), poor

sanitation and water hygiene have caused child mortality due to diarrhea to reach 88% worldwide.

One way to get clean water that can be consumed directly from contaminated water is through

the water distillation process with solar energy or usually called solar still. Solar energy is used to

accelerate the 2 main processes in solar still, those are evaporation, and condensation. Of the

various variations of solar still devices, the type of basin, and the type of wick absorber are the

most commonly used. Basin type solar still is the type of distillation that has the simplest

construction but its efficiency value is lower than wick type (Udhayabharathi et al., 2015). While

in wick type absorber, there is a considerable loss of energy in the form of hot water coming out of

the tool before completely evaporating.

Several studies on basin type, and the wick type absorber of solar still and its variations have

been carried out. Sodha et al. (Sodha et al., 1981) conducted a study on a wick type solar still with


59

a double fabric type. From the study, distillation results were obtained at 2.5 l/m2.day, with an

overall efficiency of 34%. Distillation by combining the wick type absorber, and the basin has

been carried out by Minasian and Al-Karaghouli (Minasian and Al-Karaghouli, 1995). This type

gives 85% more results than distillation types of wick absorber or basin type. The combination of

basin, and wick type absorber, using 6 partition installed along the absorber area proved to provide

an efficiency increase of 60.3% compared to conventional wick type distillation (Christian, 2018).

The solar still productivity itself depends on several parameters such as weather conditions,

tool position, glass slope, steam leak, and other operational parameters (Garg and Mann, 1977).

They explained that the results of distillation of solar energy were directly proportional to the total

intensity of the sun, ambient air temperature, and wind speed. However, the productivity of

distillation is not affected by atmospheric vapor pressure.

Based on research that has been done, the factors that influence the efficiency of solar still

include the influence of materials, and the form of absorber (Naim and Abd El Kawi, 2003). Other

factors are the effect of the slope of the cover glass, and the thickness of the water (Garg and

Mann, 1977). The study showed optimum results on glass slope of 10°, and increased yields that

were directly proportional to the decrease in water thickness above 1 cm. Further research on the

effect of water thickness, and slope of glass on heat transfer is carried out by Tiwari and

Tiwari(Tiwari and Tiwari, 2006), and Ahmed and Ibrahim(Ahmed and Ibrahim, 2016). The third

factor is the influence of the thickness of the glass cover (Panchal and Shah, 2012). They

explained that the increase in efficiency of the distillation device is directly proportional to the

thinner thickness of the glass. In this study, testing was carried out with variations in glass

thickness of 4 mm, 8 mm and 12 mm. The optimum efficiency results were obtained in the

thickness of the 4 mm glass cover. The fourth factor is the different temperature between absorber

and the cover glass. The optimum efficiency will be obtained if the surface temperature of the

absorber gets higher, and conversely the surface temperature of the cover glass gets lower

(Abdenacer and Nafila, 2007).

Based on the studies mentioned above, this study will extend the duration of water heating

process in the absorber so that the evaporation process can take place optimally. Water will flow

from the fist partition to the next partition in the zigzag direction. So that the water will gradually

warm up until the last partition. This study will vary the amount of water flow rate to obtain

maximum efficiency. Thus, it is expected that the results of distilled water can increase the

performance value of the wick-covered partition solar still.

METHODOLOGY

FIGURE 1. Cross-sectional view of the schematic arrangement of experiment. Information:

(1) cover glass, (2) dirty water, (3) absorber, (4) distilled water channel, (5) distilled water

container, (6) supporting framework, (7) dirty water supply tank, (8) faucet, (9) unevaporated

water channel, (10) unevaporated water container, (11) wick, (12) hose.

A cross sectional view of schematic diagram of the wick-covered partition solar still shown in

Fig. 1. Water reservoirs on this wick-covered partition solar still made from multiplexes measuring

73 cm x 55 cm with a thickness of 3.6 cm. Absorber is made of aluminum plate with a size of

69 cm x 51 cm. As an insulator, aluminum plates are coated using black rubber of the same size as


60

3 mm thick. The absorber wall is made of multiplex with 3 cm thick, and the entire inner surface,

and outside of the wall are covered with 3 mm thick of black rubber as an insulator. The partition

used is made of 6 pieces of aluminum elbow plate. The partition is installed along with the

absorber in the same distance between the partition, which is 11.6 cm, and the partition is 2.5 cm

height. The cover glass used has a thickness of 3 mm. Data retrieval is done indoors using a solar

simulation tool in the duration of data retrieval for 2 hours. The solar simulation tool consists of 6

lights with each lamp having a power of 375 W. The lamp is mounted in an iron frame which is

positioned parallel to the slope of the absorber. The distance between the lamp and the cover glass

is 50 cm. Figure 2 shown the solar simulation tool.

FIGURE 2. The solar simulation used in this research. Information: (1) wick, (2) dirty water,

(3) lamp, (4) absorber, (5) unevaporated water container, (6) distilled water container, (7) hose,

(8) dirty water supply tank, (9) supporting framework, (10) partition, (11) water pump.

The tool scheme in the research of wick-covered partition solar still consists of 2

configurations, those are:

1. Wick-covered partition solar still with dirty water is accommodated on each partition

(without any input water flow).

2. Wick-covered partition solar still with the zigzag flow direction, and the water comes out of

the distillation through the last partition.

The parameters varied are:

1. Four variations of the water volume collected in each partition (100, 150, and 300 ml).

2. Three variations of the flow rate of water flowing in the absorber with zig-zag flow, and

issued through the last partitions (0.30, 0.45, and 0.90 liters/hour).

In this study, the following variables were measured every 10 seconds for 2-hour data retrieval,

including:

1. Intake water temperature, Tin (°C)

2. Water out temperature, Tout (°C)

3. Outer glass temperature, Tc (°C)

4. Water temperature, Tw (°C)

5. Distilled water volume, m (liter)

6. The amount of solar energy (lights) received, G (watt/m2)

7. Duration of data retrieval, t (second)

Water and glass temperature was measured using Dallas Semiconductor Temperature Sensors

(TDS), operated by Arduino microcontroller, having at least 0.01°C. The distilled output was

recorded with the help of the sensor level. The solar intensity was measured with the help of a

calibrated solar meter. The sun's heat value for all types of variations is considered constant

because the number and position of the lights used in each variation were same.

The final result of this study is to know the efficiency value of a distillation device with related

variations. Efficiency is defined as the ratio of the amount of energy used for the evaporation

process to the amount of solar energy that comes during the heating process (Arismunandar,

1995):


61

∫

(1)

where mg is the result of distilled water (kg), hfg is the latent heat of evaporation (kJ/kg), AC is the

area of the distillation (m2), G is the amount of solar energy coming (W/m

2), and dt is the length of

heating time (seconds). In this analysis, loss of heat energy through the side, and the base of the

absorber can be negligible. Then, the energy balance in water (Jansen, 1985) produces:

(2)

Some heat energy from the absorber will be transferred to the glass using convection, radiation,

and evaporation. The process of heat transfer by convection can be calculated by the equation:

(

)

(3)

where qconv is the energy wasted from glass to the environment (W/m2), Ta is the temperature of

water (°C), Tk is the temperature of the glass (°C), Pw, and Pc is the partial pressure of steam at

water, and glass (N/m2). Meanwhile, energy for evaporation (qvap) can be calculated by equation:

( )

( ) (4)

The results of distillation water can be calculated based on the value obtained from evaporation

energy (qvap). The rate of distillation (mvap) can be searched by relationship:

(5)

The energy used during the heating process (qc) can be calculated using equation (6):

(6)

where mw is the mass flow rate of water (kg/s), Cp is the specific heat of water at constant pressure

(kJ/kg°C), and ΔT is the difference in temperature of the inlet water, and the temperature of the

water coming out of the distillation (°C).

RESULTS AND DISCUSSION

Data that has been obtained, then processed using Eq. 1 to Eq. 6. Then, carried out an analysis

based on the total mass of water used for 2 hours of data retrieval.

From Fig 3, it can be seen that the best results are obtained in variations with the minimum

total mass of water (600 ml). These results apply both to variations with water that is contained in

the partitions and in variations with flowing water. This happens because water with a small

volume has a thin layer of water. Heating process of the thin layer of water will be faster (Ladouy

and Khabbazi, 2015). Meanwhile, at a larger volume of water, the heating process will be longer

because the water layer has a greater thickness.

In addition, the use of wick installed on each partition serves to create a thin layer of water.

Through the capillary nature of wick, water will be distributed vertically. So, the absorber area that

can be used to heat the water becomes wider. In variations with large volumes of water, water will

covered almost the entire surface of the wick. As a result, the wick that should be used to speed up

the evaporation process does not function optimally.

If we look at the same amount of total mass of water, variations with accommodated water

always give higher results than variations with flowing water. The results obtained also showed a

significant difference. This happens because water of flowing conditions will only fill the lower

part of the partitions. So that the wick is not able to distribute water to a higher part. Areas that are

useful for the heating process will also be reduced.


62

FIGURE 3. The results of distilled water based on variations in the amount of total mass of

water used during data retrieval.

FIGURE 4. Efficiency based on variations in the amount of total mass of water used during

data retrieval.

The presence of water coming out of the last partitions is also a loss of energy. Since, the water

that comes out is hot water that cannot be evaporated during the course of water from the first

partitions to the last partitions. Besides, the flow rate that is too high causes the water heating

process to not run optimally. It will take longer time to evaporate water with a greater thickness.

Seen in Figure 3, the condition of the total mass of water is 1800 ml, the results obtained are very

small.

Based on Equation 1, the efficiency of solar still will be directly proportional to the distilled

water produced. So, the highest efficiency value was obtained in the variation of water collected

with the volume in each partition of 100 ml (67.68%). In variation with the water are flowed in a

zigzag direction and removed from the last partitions, the maximum efficiency value for the total

mass of water used during data collection was 600 ml (56.68%).

The performance of the solar still itself is influenced by several factors, including the

differences between glass temperature and absorber temperature, qvap and qconv. Figure 5 to Figure

7 shows the value of the temperature difference between the absorber and the glass during the

343,5 337,9 303

286,5 257,2

179,5

0

50

100

150

200

250

300

350

400

600 900 1800

Res

ult

of

Dis

till

ed W

ate

r (

ml)

Total mass of water (ml) Without any flowing water

Water flowing in the absorber with zigzag flow, and issued through the

last partitions

67,68 66,61 59,91

56,68 51,01

35,69

0

10

20

30

40

50

60

70

80

600 900 1800

Eff

icie

ncy

(%

)

Total mass of water (ml)

Without any flowing water

Water flowing in the absorber with zigzag flow, and issued through the

last partitions


63

duration of data retrieval. Glass temperature difference and temperature absorber are given the

symbol ΔT. This ΔT value is very influential on the evaporation process, and condensation.

FIGURE 5. The average of ΔT every 10 minutes in variations of 600 ml total mass of water.


In the first few minutes, ΔT in all variations is negative. This happens because all parts of the

water have not been fully heated. The value of ΔT which is above the horizontal axis, shows the

start of the results of distilled water. From Figure 5 to Figure 7, we know that the temperature of

the water accommodated in the partitions is always lower. This event occurs because the water

heating process in variations with zigzag flow is a gradual warming. So that the water will

experience an increase in temperature as the water runs from the first partition to the next

partitions. However, in the last few minutes, the line will almost coincide. This happens because of

accommodated water which can act as heat storage. So that when the water has been fully heated,

the increase in temperature of the absorber becomes higher.

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

ΔT

(°C

)

Time (minute) Without any flowing water

Water flowing in the absorber with zigzag flow, and issued

through the last partitions

-6-5-4-3-2-10123456

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

ΔT

(°C

)


Water flowing in the absorber with zigzag flow, and

issued through the last partitions


64


Figure 8 explains the amount of energy needed to evaporate water. The value of qvap itself is a

function of the results of distilled water. Variation with flowing water has a qvap value that is

always lower than variation without the flow of water. The greater of the qvap value shows the

evaporation process that occurs is getting better. This value also affects the condensed vapor

results formed on the inner glass surface.

FIGURE 8. The average value of evaporation energy.

In variations with water that is accommodated, droplet condensed vapor will form in a fairly

long period. This type of condensed vapor acts as an incoming heat insulator, while also being a

barrier to another condensed vapor flow from the upper glass. But if this condensed vapor has

flowed into the shelter partition, the glass surface becomes clean. So that heat can re-penetrate the

glass and new condensed vapor will re-form.

In variations with water flow through each partition the droplet condensed vapor type is only

formed at the beginning of the data retrieval. After that, the condensed vapor formed is a type of

film. The type is a stream of water that is so thin that it is not clearly visible. This makes the heat

insulation effect of film condensed vapor not as big as droplet condensed vapor. However,

precisely the results obtained from this type of film condensed vapor are much lower because

when the condensed vapor is formed a type of film, the surface of the glass will always be covered

-10-9-8-7-6-5-4-3-2-10123456

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

ΔT

(°C

)


Water flowing in the absorber with zigzag flow, and issued

through the last partitions

273,62 269,57 242,34

228,75 206,24

144,02

0

50

100

150

200

250

300

600 900 1800

qva

p (

W/m

2)



Water flowing in the absorber with zigzag flow, and issued through the last

partitions


65

by thin condensed vapor. The condensed vapor will become the heat insulator that enters until the

end of the data retrieval.

FIGURE 9. The average value of convection energy..

Another factor that affects the final result of distillation is the qconv value. The qconv value

describes the energy used to heat water. This value also shows how well the heat transfer process

occurs from the absorber to the glass cover. In Figure 9, it can be seen that almost all of the

variations have relatively the same qconv values. The same relative value indicates that the heat

transfer process is going well. However, different results are shown in variations with the presence

of flowing water in the 1800 ml total mass of water. There is a large difference in convection

energy when compared to the other five qconv value. This happens because at a large flow rate, the

water will have a thicker layer. As a result, the water heating process becomes longer, and the heat

that can be absorbed by water decreases.

Figure 10 shows the amount of energy loss coming out of the distillation device. The energy

loss is hot water which does not evaporate during the heating process on the distillation tool. In

600 ml variation, the total water released is 120 ml, variation of 900 ml is 465 ml, and in variation

of 1800 ml is 1700 ml. Between these three variations, there is a significant difference in energy

losses.

The large difference is a result of the influence of the input water flow rate. Lower flow rates

cause the process of heating the water to be longer. So that the hot water coming out in variation

600 ml is much less because almost all the water has evaporated before the water comes out of the

tool. Meanwhile, in the variation of 1800 ml, due to the large water flow rate, the water heating

process is not optimal. Water cannot absorb heat as well as variation c1. So that the warmest water

does not completely evaporate before exiting the distillation device.

7,97 8,23 7,94

7,11 7,57

5,39

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

600 900 1800

qco

nv (

W/m

2)



Water flowing in the absorber with zigzag flow, and issued through

the last partitions


66

FIGURE 10. Total of energy losses in variation with flowing water.

Based on these explanations, variations with flowing water will experience a longer heating

time. However, these variations cannot maximize the function of the wick which is useful for

creating a wider heating area. While the water is contained in each partition, water heating will

take place more efficiently. In addition to wick that can function optimally, water in a larger

volume can serve as a store of heat. So that it can increase the temperature absorber and the

evaporation process can be better.

CONCLUSION

Based on the research that has been done on the effects of water heating time on the efficiency

of a wick-covered partition, the conclusions are as follows:

1. The distillation process of solar energy water on the absorber type of wick-covered partition

by accommodating water in each partition at a volume between 100 ml to 150 ml provides

the most optimal results. In this study, with the water volume per partitions of 100 ml, and

150 ml, efficiency was 67.68%, and 66.61% respectively.

2. In a variety of distillation devices with zig-zag flow, a low input water flow rate will make

the temperature of the water hotter, so that the evaporation process becomes more optimal.

In this study, the flow rate of 0.3 liters/hour with water released from the last partitions is a

variation with the best efficiency of 56.68%.

3. In the type of wick-covered partition solar still, the heating time of water does not have a

significant effect on the efficiency of the solar still. Maximum efficiency will be obtained if

the entire area of wick in each partition can be used to heat water.

ACKNOWLEDGMENTS

Acknowledgments are conveyed to the entire Academic Community of the Departmen of

Mechanical Engineering Sanata Dharma University for the continuity of this research.

REFERENCES

Abdenacer, P. K. and Nafila, S. (2007) „Impact of temperature difference (water-solar collector)

on solar-still global efficiency‟, Desalination, 209(1-3 SPEC. ISS.), pp. 298–305. doi:

10.1016/j.desal.2007.04.043.

Aburideh, H. et al. (2012) „An Experimental Study of a Solar Still : Application on the sea water

desalination of Fouka‟, 33, pp. 475–484. doi: 10.1016/j.proeng.2012.01.1227.

Ahmed, H. M. and Ibrahim, G. (2016) „Performance Evaluation of a Conventional Solar Still with

Different Types and layouts of Wick Materials Performance Evaluation of a Conventional

0,81

9,03

58,60

0

10

20

30

40

50

60

70

600 900 1800

Lo

sses

en

erg

y (

kJ

)



67

Solar Still with Different Types and layouts of Wick Materials‟, (September).

Al-hassan, G. A. and Algarni, S. A. (2013) „Exploring of Water Distillation by Single Solar Still

Basins‟, American Journal of Climate Change, 02(01), pp. 57–61. doi:

10.4236/ajcc.2013.21006.

Alkan, P. İ. (2003) „Theoretical and Experimental Investigations on Solar Distillation of İYTE

Gülbahçe Campus Area Seawater MS Program : Energy Engineering‟, Energy Engineering,

(April).

Arismunandar, W. (1995) Teknologi Rekayasa Surya. Jakarta: Pradnya Paramita.

Bhattacharyya, A. (2017) „Solar Stills for Desalination of Water in Rural Households‟,

International Journal of Environment and Sustainability, 2(1), pp. 21–30. doi:

10.24102/ijes.v2i1.326.

Christian, W. A. (2018) Efek Massa dan Temperatur Air Masuk Terhadap Unjuk Kerja Alat

Distilasi Air Energi Surya Bersekat Penampung Air. Yogyakarta.

Forbes, G. B. (2012) Human Body Composition : Growth, Aging, Nutrition, and Activity. New

York: Springer Verlag.

Garg, H. P. and Mann, H. S. (1977) „Technical Note‟, European Social Policy, Today and

Tomorrow, pp. ix–xi. doi: 10.1016/B978-0-08-021444-3.50005-7.

Goel, P. K. (2006) Water Pollution: Causes, Effects and Control. New Delhi: New Age

International.

Indonesia, U. (2012) „Air Bersih, Sanitasi & Kebersihan‟.

Janarthanan, B., Chandrasekaran, J. and Kumar, S. (2005) „Evaporative heat loss and heat transfer

for open- and closed-cycle systems of a floating tilted wick solar still‟, Desalination,

180(1–3), pp. 291–305. doi: 10.1016/j.desal.2005.01.010.

Jansen, T. J. (1985) Solar Engineering Technology. Michigan: Prentice-Hall.

Kalidasa Murugavel, K. and Srithar, K. (2011) „Performance study on basin type double slope

solar still with different wick materials and minimum mass of water‟, Renewable Energy,

36(2), pp. 612–620. doi: 10.1016/j.renene.2010.08.009.

Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (2016) „Jurnal Energi‟, 2, p. 20.

Ladouy, S. and Khabbazi, A. (2015) „Experimental study of the water depth effect and the impact

of condensers connection in a new desalination system by HDH process , using solar

energy‟, 74, pp. 952–959. doi: 10.1016/j.egypro.2015.07.726.

Mahdi, J. T. and Smith, B. E. (1994) „SOLAR DISTILLATION OF WATER USING A V-

TROUGH SOLAR CONCENTRATOR WITH A WICK-TYPE SOLAR STILL J.T.

MAHDI and B.E. SMITH Mechanical Engineering Department, Brunel University,

Uxbridge, Middlesex, UB8 3PH, U.K.‟, 5(Mahdi 1992), pp. 520–523.

McCluney, W. R. (1984) „Solar distillation of pond (muddy) water‟, Energy Conversion and

Management, 24(1), pp. 1–4. doi: 10.1016/0196-8904(84)90044-X.

Minasian, A. N. and Al-Karaghouli, A. A. (1995) „An improved solar still: The wick-basin type‟,

Energy Conversion and Management, 36(3), pp. 213–217. doi: 10.1016/0196-

8904(94)00053-3.

Naim, M. M. and Abd El Kawi, M. A. (2003) „Non-conventional solar stills. Part 1. Non-

conventional solar stills with charcoal particles as absorber medium‟, Desalination, 153(1–

3), pp. 55–64. doi: 10.1016/S0011-9164(02)01093-7.

Panchal, H. N. and Shah, P. K. (2012) „Effect of Varying Glass cover thickness on Performance of

Solar still:in a Winter Climate Conditions. International Journal of Renewable Energy

Research (IJRER).‟, (October), pp. 212–23.

Sifat, A. I. and Uddin, M. (2016) „ICMERE2015-PI-050‟, (January).

Sodha, M. S. et al. (1981) „Simple multiple wick solar still: Analysis and performance‟, Solar

Energy, 26(2), pp. 127–131. doi: 10.1016/0038-092X(81)90075-X.

Tiwari, A. K. and Tiwari, G. N. (2006) „Effect of water depths on heat and mass transfer in a

passive solar still: in summer climatic condition‟, Desalination, 195(1–3), pp. 78–94. doi:

10.1016/j.desal.2005.11.014.

Tiwari, G. N., Singh, H. N. and Tripathi, R. (2003) „Present status of solar distillation‟, Solar

Energy, 75(5), pp. 367–373. doi: 10.1016/j.solener.2003.07.005.

Udhayabharathi, K. et al. (2015) „Performance analysis of wick type solar stills‟, International


68

Journal of Chemical Sciences, 13(3), pp. 1109–1122.

Velmurugan, V. and Srithar, K. (2007) „Solar stills integrated with a mini solar pond - analytical

simulation and experimental validation‟, Desalination, 216(1–3), pp. 232–241. doi:

10.1016/j.desal.2006.12.012.

Wibawa, U. (2017) Pendekatan Praktis Pembangkit Energi Baru & Terbarukan. Malang: UB

Press.


69

Lampiran 5. Sertifikat sebagai pembicara dalam ICSAS 2019


EFEK JUMLAH MASSA DAN LAJU ALIRAN AIR ...Tabel Sifat Air, dan Uap Jenuh..... 56 Lampiran 3. Tabel...

Documents

Transcript of EFEK JUMLAH MASSA DAN LAJU ALIRAN AIR ...Tabel Sifat Air, dan Uap Jenuh..... 56 Lampiran 3. Tabel...